[发明专利]基于磁流变技术的短型浮置板轨道隔振器参数优化方法

权利要求书

1. 基于磁流变技术的短型浮置板轨道隔振器参数优化方法，其特征在于，包括有四个作为短型浮置板轨道四个支承的半主动隔振器、一个设置在短型浮置板中心的加速度传感器和四个分别设置在短型浮置板四角的位移传感器，半主动隔振器包括有一个用于调节阻尼c的磁流变脂阻尼器和一个用于调节刚度k的磁流变弹性体，阻尼器和弹性体并联在一起，具体参数优化方法如下：

1）通过加度传感器采集短型浮置板的中心垂向加速度，通过位移传感器采集短型浮置板四个顶角的垂向振动位移；

2）根据短型浮置板的中心垂向加速度计算出轨道垂向激振力F_(t)，根据短型浮置板四个顶角的垂向振动位移计算出纵横摇位移； 

3）在预设的短型浮置板振动中低频率段内，找出最大垂向激振力，以降低短型浮置板轨道垂向振动力传递率为优化目标，运用粒子群算法计算匹配出各半主动隔振器的刚度和阻尼最优值； 

4）根据步骤2）中计算出的短型浮置板的纵横摇位移，建立可兼顾抑制纵横摇的各半主动隔振器的刚度和阻尼的模糊推理规则，优化半主动隔振器的刚度和阻尼值，得到最优刚度和阻尼值；

5）根据半主动隔振器的输入输出特性，计算并调节半主动隔振器达到步骤4）中计算出的最优刚度和阻尼值所需的驱动电流值，并调节阻尼器和弹性体的驱动电流。

2. 如权利要求1所述的基于磁流变技术的短型浮置板轨道隔振器参数优化方法，其特征在于，步骤2）中计算轨道垂向激振力和纵横摇位移的具体方法为：根据短型浮置板轨道表面中心的垂向振动加速度，结合浮置板轨道质量，计算分析出该轨道受到的垂向激振力的幅值和频率点；根据短型浮置板轨道四个顶角的垂向位移，结合浮置板尺寸和各隔振器的分布位置，计算出轨道纵摇和横摇大小。

3. 如权利要求2所述的基于磁流变技术的短型浮置板轨道隔振器参数优化方法，其特征在于，步骤3）中最大垂向激振力的确定方法为：选取垂向激振力的频率在预设值以下的所有垂向激振力幅值，选取幅值最大的垂向激振力。

4. 如权利要求1所述的基于磁流变技术的短型浮置板轨道隔振器参数优化方法，其特征在于，步骤3）中运用粒子群算法计算匹配出各半主动隔振器的刚度和阻尼最优值的计算方法如下：

3-1）设置粒子群初始参数

把各半主动隔振器的可调刚度、阻尼分别看作粒子位置，设粒子的位置为X_j=(k_j1,k_j2,k_j3,k_j4,c_j1,c_j2,c_j3,c_j4)，其中j代表第j个粒子，1、2、3、4为对应的隔振器，k代表刚度，c代表阻尼，粒子群体规模为                                               ，设粒子飞行的最大速度V_{j_max}为隔振器刚度和阻尼可变范围的；

V_{j_max}=  [(k_a-k_b),(k_a-k_b),(k_a-k_b),(k_a-k_b),(c_a-c_b),(c_a-c_b),(c_a-c_b),(c_a-c_b)] 

式中，k_a、k_b分别为隔振器刚度可变范围的上限和下限，c_a、c_b分别为隔振器阻尼可变范围的上限和下限；

适应度函数选择为(1-T_f)，且

               

式中，T_f为振动力的绝对传递率，z_i为隔振器i的位移量，k_i、c_i分别为隔振器i的刚度和阻尼，F(t)为作用在短型浮置板上的垂向激振力；设当粒子群体最好位置连续m次都不变时，则达到了粒子群算法的最大搜索精度；粒子群算法最大迭代次数为N ；

3-2）适应度评价

将粒子的位置所表示的刚度、阻尼带入隔振效果评价函数(1-T_f)，通过适应度函数来计算出每个粒子的适应度值，该适应度值即为该粒子所对应的短型浮置板轨道垂向隔振效果值；同时，以磁流变并联隔振器的刚度阻尼范围、浮置板的垂向位移作为约束条件；

3-3）更新个体最好位置

将每个粒子当前位置的适应度值与个体最好位置P_j比较，若此时粒子位置的隔振效果更好，则将个体最好位置P_j更新为现在的粒子位置；

3-4）更新群体最好位置

所有粒子的个体最好位置更新完后，选择隔振效果最好的粒子个体最好位置与群体的最好位置P_g比较，若隔振效果更好，则更新现有的群体最好位置P_g；

3-5）更新粒子速度和位置

在隔振器的刚度、阻尼范围的限制下，按照公式

来更新所有粒子的速度和位置，式中为粒子j第m次迭代飞行速度矢量的第d维分量；为粒子j第m次迭代位置矢量的第d维分量；P_jd为粒子j飞行过程中最好位置的第d维分量；P_gd为飞行过程中群体最好位置的第d维分量；ω是惯性权重，使粒子保持运动惯性，具有搜索空间的趋势；λ₁、λ₂是加速系数，分别代表粒子向个体最佳位置和全局最佳位置推进的权重；rand₁、rand₂：随机值为[0,1]的随机函数；

3-6）优化结束条件判断

判断是否达到所要求的搜索精度，若满足则优化结束，否则转步骤3-2）；当搜索达到最大迭代次数时，优化结束，否则算法继续。

5. 如权利要求1所述的基于磁流变技术的短型浮置板轨道隔振器参数优化方法，其特征在于，步骤4）中建立可兼顾抑制纵横摇的各半主动隔振器的刚度和阻尼的模糊推理规则，优化半主动隔振器的刚度和阻尼值的具体方法为：

4-1）确定模糊推理优化算法的输入、输出

将浮置板轨道的四个位移信号按照公式

进行处理，式中z₁、z₂、z₃、z₄分别为短型浮置板四个角的垂向位移量，得到模糊推理优化中所需的两个输入变量S_RL、S_BF，其论域都取为[-d,d]mm，语言变量值为负大NB、负中NM、负小NS、零ZE、正小PS、正中PM、正大PB；

输出量为各个隔振器的刚度调整系数ξ_i，i=1,2,3,4，和阻尼调整系数τ_i，i=1,2,3,4，该调整系数用于调整经过粒子群算法优化后的刚度、阻尼，且输出刚度调整系数论域要小于阻尼调整系数论域；输出量的语言变量值为零ZE、正小PS、正中PM、正大PB、正极大PL；

4-2）模糊推理规则的制定

根据S_RL、S_BF的值，得到四个隔振器的位移关系，通过调整隔振器位移来使浮置板减小摇动，得到各隔振器刚度、阻尼调整系数的关系；四个隔振器的模糊推理规则如下表所示：

四个隔振器所得到的结论在表中按从左至右、从上至下一一对应；

4-3）模糊推理优化及修正

根据步骤4-2）的推理规则，利用Mamdani推理法进行两次模糊推理，一次计算出刚度修正系数，另外一次计算出阻尼修正系统，采用加权平均法来进行清晰化计算，经过修正系数调整后的刚度、阻尼为：，

式中为最优刚度值， 为最优阻尼值。