[发明专利]一种磁流变液阻尼器阻尼力的非参数动力学计算方法

说明书

本发明公开了一种磁流变液阻尼器阻尼力的非参数动力学计算方法，根据实验或者工程所得的“阻尼力‑速度”曲线，对其滞环特性的复杂程度调整多项式模型次数，将实际曲线分为正加速度(上升段)和负加速度(下降段)两部分，通过对这两部分曲线的分别拟合，保证了模型在“阻尼力‑速度”曲线上的拟合准确性；根据高次多项式出现Runge现象的两端区域，则使用Bingham力学模型拟合，在保证精度的基础上降低模型次数；结合使用多项式模型和Bingham力学模型，对传统单一使用多项式模型和Bingham力学模型进行改良，保证了模型的拟合精度，同时避免高次多项式Runge现象的产生，从而实现对“阻尼力‑速度”特性曲线进行更好地拟合的目的。

技术领域

本发明涉及高端装备半主动振动控制领域，特别涉及基于半主动振动控制原理工作的磁流变液阻尼器的设计和控制。

背景技术

已知，磁流变液阻尼器以磁流变液作为介质，在外加磁场作用下，磁流变液颗粒由散乱分布变为沿磁场方向的链状排列，外部形态呈现半固态，继而产生剪切屈服强度。磁场强度越大，剪切屈服强度及磁流变液流动阻尼也随之增大，进而导致其输出阻尼力变大。磁流变液阻尼器的输出阻尼力与振动位移以及振动速度之间的关系是其重要的物理指标。而磁流变液阻尼器数学模型的准确程度决定了上述两个关系的评估能力，对控制策略和控制效果有重要意义。准确的数学模型使其具有较好的控制效果。但是，由于磁流变液流变特性及电磁非线性使磁流变液阻尼器的动态特性呈现强非线性，这就使其力学建模存在很大困难。

伪静力学模型是常用的一个磁流变液阻尼器数学模型，该模型根据阻尼器内部结构和流体流动规律，应用流体力学建立简化的磁流变液间隙流动模型，并带入磁流变液本构模型，得出输出阻尼力计算式。采用伪静力学模型分析阻尼器动态特性，需要已知其结构参数及流体流变参数，适用于阻尼器的设计验证阶段。此外，采用伪静力学模型计算磁流变液阻尼器阻尼力与振动位移、振动速度之间的线性关系，与实际的阻尼器与振动位移、振动速度之间的线性关系存在一定的误差，而且随着控制电流增大，该误差越大。

动力学模型也是常用的一个磁流变液阻尼器数学模型，该模型基于实验测得的阻尼器动态特性，然后经过参数辨识建立其动力学方程。Hiwatashi等人将此模型用于磁流变液阻尼器振动平台控制实验，取得了一定的效果。Bingham模型曲线可以在一定程度上反映磁流变液阻尼器的工作特性，但当阻尼器工作在振动速度最小值附近时，建模过程忽略了阻尼器中静摩擦力的影响，Bingham模型模拟实际工况的情况较差。同时，Bingham建模过程中已对输出阻尼力与振动速度间的关系做出简化，模型不能反映“阻尼力-速度”曲线中的滞环特性。

发明内容

本发明目的在于提供一种拟合精度高、避免高次多项式两端区域Runge现象产生的磁流变液阻尼器阻尼力的非参数动力学计算方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明方法，根据所得的“阻尼力 -速度”曲线，对其滞环特性的复杂程度调整多项式模型次数，将实际曲线分为正加速度(上升段)和负加速度(下降段)两部分，通过对这两部分曲线的分别拟合，保证模型在“阻尼力-速度”曲线上的拟合准确性；根据高次多项式出现Runge现象的两端区域，则使用Bingham力学模型拟合，在保证精度的基础上降低模型次数；实现对“阻尼力-速度”特性曲线进行更好地拟合的目的。

所述方法的具体步骤如下：

步骤1，用多项式模型拟合磁流变液阻尼器“阻尼力-速度”滞环曲线的低速区域，将实际曲线分为正加速度(上升段)和负加速度(下降段)两部分，对这两部分曲线分别拟合，以提高模型对“阻尼力-速度”滞环曲线的拟合精度；

多项式模型输出阻尼力为：

式中，a_i——阻尼力模型中多项式的系数；

v——阻尼器的振动速度；

n——多项式的次数；