磁流變液阻尼器溫度補償控制研究

祁偉然 朱煒

（南京理工大學發(fā)射動力學研究所 江蘇省南京市 210094）

磁性顆粒、穩(wěn)定劑和基載液組成了磁流變液它是一種穩(wěn)定懸浮液[1‐4]。磁流變液這種新型智能材料可以根據(jù)外界磁場的變化改變自身磁性顆粒的排列順序從而宏觀上變現(xiàn)為剪切屈服強度的變化。由于磁流變液這種良好的可控性能使得它在軍工、建筑、車輛、機械等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊[5‐8]。

磁流變液阻尼器的功能是將外界機械能轉(zhuǎn)化為自身熱能從而達到減振目的[9‐10]。內(nèi)部線圈產(chǎn)生的焦耳熱也會導致溫度升高，實踐表明溫度升高會導致阻尼器輸出力降低，因此研究磁流變液阻尼器溫度特性以及溫升建模有重要工程實踐意義。

1 磁流變液阻尼器結(jié)構(gòu)及工作原理

磁流變液阻尼器內(nèi)部的磁流變液可以根據(jù)激勵磁場改變自己的剪切強度從而改變阻尼器阻尼特性，是一種新型智能材料制作的智能阻尼器[11‐13]。

圖1所示為磁流變液阻尼器，其組成部分有活塞、工作缸、活塞上纏繞的勵磁線圈以及空心活塞桿。內(nèi)部充滿磁流變液，線圈通電后產(chǎn)生磁場可以使得磁流變液剪切強度增加，阻尼器輸出阻尼力從而增加，磁場的變化可以在毫秒級別改變阻尼力的特性。

本文建立的模型可以用于磁流變液阻尼器模型和期望控制力實時估計磁流變液阻尼器控制電流的方法[14]達到溫度補償?shù)男Ч＞€性差分方法[15]來計算實時控制電流。

2 磁流變液阻尼器溫度特性試驗

對磁流變液阻尼器使用硅膠加熱墊來控制其溫度，使用w+b力學性能試驗機試驗，電流源產(chǎn)生控制電流進行20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃情況下施加0A、0.2A、0.4A、0.6A、0.8A、1.0A、1.2A、1.4A、1.6A、1.8A、2.0A 電流工況下進行試驗測試實驗數(shù)據(jù)，用來建立考慮溫度參數(shù)的模型。

試驗用儀器如圖2。

對阻尼器施以振幅5mm，頻率1Hz 的正弦激勵，可得試驗數(shù)據(jù)如圖3‐圖10。

從圖3‐圖10 中可以發(fā)現(xiàn)，相同電流下磁流變液阻尼器阻尼力隨溫度的升高逐漸降低，且降低幅度減小。隨電流增大阻尼力衰減率減小，這是因為阻尼力由粘滯阻尼力和庫倫阻尼力組成而粘滯阻尼力受溫度影響程度大，庫倫阻尼力受溫度影響程度小。電流變大庫倫阻尼力變大。

3 阻尼器力學模型

磁通過分析試驗結(jié)果，可知磁流變阻尼器的阻尼特性較好，但是其力學性能表現(xiàn)出了較為明顯的非線性和滯回性，在分析以及運用半主動控制方式時，采用合適的動力學模型有利于保證控制策略能的準確可靠。對于磁流變阻尼器的力學模型Bouc‐Wen 模型能較好描述阻尼器在低速區(qū)的非線性滯回特性和耗能性能，所以本文使用此模型進行建模。Bouc‐Wen 模型圖如圖11所示。

數(shù)學表達式如下：

使用matlab 編程調(diào)用遺傳算法對實驗數(shù)據(jù)進行參數(shù)識別。參數(shù)擬合結(jié)果為：

其中n=2，x0=0

將模型仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行對比驗證結(jié)果如圖12、圖13。

4 總結(jié)

（1）相同電流下磁流變液阻尼器阻尼力隨溫度的升高逐漸降低，且降低幅度減小。隨電流增大阻尼力衰減率減小，這是因為阻尼力由粘滯阻尼力和庫倫阻尼力組成而粘滯阻尼力受溫度影響程度大，庫倫阻尼力受溫度影響程度小。

（2）本文試驗研究了磁流變阻尼器不同溫度下額力學性能并使用實驗數(shù)據(jù)進行建模，建立了考慮溫度參數(shù)的力學模型，并且仿真驗證了模型的準確性。

（3）由以上結(jié)論可知，要保證阻尼器在工作過程中的減振效果，需要對阻尼器進行一定的溫度補償控制，本文研究了磁流變液阻尼器溫度特性，并且建立了考慮溫度參數(shù)的力學模型，根據(jù)該模型可以對磁流變液阻尼器溫度變化引起的阻尼力衰減進行補償設(shè)計補償控制算法。