[实用新型]并联常通孔式磁流变阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有并联的常通孔的磁流变阻尼器，属于结构磁流变振动半主动控制技术领域。

背景技术

磁流变液是一种对磁场敏感的智能材料，随着外部磁场的加载或撤出，磁流变液在非牛顿流体与牛顿流体之间转化，这种转换是可逆的、连续的。磁流变液的剪切屈服强度大、响应快，以其为基础的磁流变阻尼器是理想的变阻尼器件，广泛应用于车辆工程、武器系统、土木工程、航天航空等领域的结构振动半主动控制。

目前已有的磁流变阻尼器的特点是，感应通道和非感应通道是串联关系，一旦感应通道中有磁场通过时，磁流变液发生流变效应，由流动性较好的牛顿流体转变为具有较强剪切屈服强度的非牛顿流体，整个感应通道被发生流变效应的磁流变液完全堵塞，只有当活塞两端的压强差足够大，磁流变液屈服后才可以流动。

从实际使用中可以看出，已有的磁流变阻尼器的结构会给其自身带来如下问题与缺陷：

1)逆向力学模型复杂。为了实现对磁流变阻尼器阻尼力的控制，通过获取磁流变阻尼器的各种动力学参数，如位移、速度、加速度等，在这些动力学参数的基础上，建立控制电压/电流与阻尼力之间的关系，即建立逆向力学模型(也称为控制模型)。而面对已构建好的逆向力学模型，通过对所设计的磁流变阻尼器在一定频率的激励下进行多次实验，基于逆向力学模型对磁流变阻尼器的输入(如电压、电流)与输出(如阻尼力-位移图、阻尼力-速度图)进行拟合，便可得到该磁流变阻尼器的各种动力学参数。

目前，为了更精确地描述磁流变阻尼器存在的非线性滞回等特性，各种逆向力学模型不断提出并改进，但所建立的逆向力学模型都非常复杂，各项参数可达十几个，极其不便于数值处理，且需要更多的传感器来获得状态参数，因此难以在实际中得到有效的应用，况且磁流变阻尼器的输出特性还受激振频率、工作温度、使用时长等诸多因素的影响，而已有的逆向力学模型尚未考虑这些因素，且没有在线升级能力，因此通过已有的逆向力学模型对磁流变阻尼器进行精确控制是难以实现的。

2)控制过程复杂。磁流变阻尼器在应用中的控制过程可用图1来表示。如图1，获取被控对象的状态输出，经一定的控制策略计算出期望的阻尼力，然后通过磁流变阻尼器的逆向力学模型计算出所需要加载的电流/电压，达到控制磁流变阻尼器输出的阻尼力的目的。虽然控制策略的设计过程可能较为复杂，但其执行时的计算往往是非常简单的，仅仅是将某些状态输出乘以相应系数或通过简单的逻辑判断即可得到期望的阻尼力。然而，由于逆向力学模型由强非线性方程构成，参数过多，因而会带来三方面的问题：一是计算量大，依据状态输出和期望的阻尼力，求得电流/电压非常困难和耗时，会导致复杂的程序设计和控制滞后，使得逆向力学模型求解成为整个控制回路的瓶颈；二是逆向力学模型的求解需要额外增加传感器，一些控制策略本身所需要的传感器可能较少，但为了满足逆向力学模型的参数输入而需要增加传感器，带来了成本增加及系统可靠性方面的问题；三是将简单的控制策略的执行过程变得复杂化，一些开关控制策略只需在最大阻尼力系数与最小阻尼力系数之间进行切换即可，但若采用磁流变阻尼器作为阻尼调节机构，当依据控制策略切换至最大阻尼力系数时，则需要根据结构的振动状态来计算期望的阻尼力，然后经复杂的逆向力学模型计算电流/电压，以实施对阻尼力的控制，执行过程十分复杂。

3)引起“颤振”。已有的磁流变阻尼器在活塞速度较低时，若将电流/电压加载到最大值，则瞬间的阻尼力增大会使等效阻尼力系数趋于无穷大。这就意味着采用开关控制策略时，若不按照图1所示过程实施控制，则当需要切换至最大阻尼力系数时直接加载最大电流/电压，虽然可以避开复杂的逆向力学模型求解过程，但磁流变阻尼器的结构瞬间“硬化”会带来较大的冲击，从而引起“颤振”。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有的磁流变阻尼器存在的逆向力学模型和控制过程复杂，难以应用于工程实际的问题，提出一种并联常通孔式磁流变阻尼器，具有并联的常通孔的该磁流变阻尼器在通入的电流为零时，磁流变液从常通孔和环形阻尼通道流过，实现了最小阻尼力，对应着零场阻尼力系数，在通入的电流加载至最大值时，环形阻尼通道被发生流变效应的磁流变液堵塞而充当限压阀的作用，在磁流变液屈服前，磁流变液仅从常通孔流过，实现了最大阻尼力，对应着有场阻尼力系数，因此，该磁流变阻尼器只需依据开关控制策略，在零电流与最大电流值两者之间切换，即可避免建立复杂的逆向力学模型及对模型的求解，极大简化了控制过程。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：