冲击缓冲用磁流变阻尼器的控制与仿真研究文献综述

一、引言

磁流变液在20世纪40年代首次被发现，并渐渐的被人们所重视。[1]在实际的生产生活中，许多机械工程结构和系统中都存在着高冲击载荷，其短暂的作用时间和巨大的作用力，极易引起设备的振动，疲劳和破坏。而磁流变液作为一种新型智能材料，它能够在外加磁场作用下，发生表观粘度的变化，且这种转变所需能耗小，时间短，因此利用磁流变液这一特性设计的磁流变阻尼器可以成为冲击缓冲的理想设备。[2]如车辆悬挂，使用磁流变学（MR）流体的半主动悬挂系统可以在主动模式下提供所需的性能，而不需要消耗大量的电力和昂贵的硬件。流体是一种可以通过在流体领域中应用磁场而迅速改变的神学属性，在许多设备中都有使用.[3]磁流变技术研究的主要目标就是利用磁流变液在外加磁场作用下改变流变特性这一特点，开发出能智能控制的MR减振器。[4]

二、磁流变液的国内外研究现状

近20多年以来，白俄罗斯学者Shulman和Kordonsky在磁流变材料中取得了很大的研究成果。美国的Lord公司在磁流变液悬浮液的选择和制备方面做出了开创性的工作。该公司先后报导出多种磁流变液配方。通过向磁流变液加入添加剂或者对其参数进行优化的办法来提高磁流变液的流变性能。有一些学者通过铁基合金来代替铁粉进而提高了磁流变液的流变性。美国福特公司在磁流变的流变性能方面用数值和有限元的方法进行了分析。我国研究起步较晚，目前已在磁流变机理、材料制作和工程应用方面取得了一定的成果。中国科技大学的唐新鲁等人研究了磁流变机理等问题，金钧等人建立了磁流变液基本力学模型，还对磁流变液在磁场作用下的结构演化进行了分析研究。香港理工大学的倪一清已成功的将磁流变阻尼器应用于岳阳洞庭湖大桥的斜拉索减振以实现风雨震控制。哈尔滨大学的欧进萍将磁流变阻尼器成功的应用于滨州的桥梁减振中。[5]相比而言，国内对于磁流变阻尼器的研究与国外还有较大差距。

三、磁流变液的控制仿真策略

当前，磁流变阻尼控制在汽车减振、车辆悬架、军工、建筑物抗震控制等方面己经得到了广泛的研究。。目前的磁流变液的模型多种多样，这些模型包括Bouc-Wen模型，非线性滞后型模型，Bingham模型等，但是这些模型具有局限性。[6]所以需要研究新型的磁流变阻尼器来实现精确控制。[7] 由于磁流变液响应时间、磁路材料特性等因素的影响,使阻尼力的实现有一个时间过程,即MR阻尼器存在磁滞效应,并且随着磁场强度的增大而增大.磁滞效应形成了控制过程中的时滞效应,将会严重影响控制效果.[8]

浙江大学和广州民族大学的李欣欣、王文等人研究了磁滞补偿的控制方法，建立了基于Jiles-Atherton模型的磁滞补偿控制系统，他们利用磁滞环的宽度，通过重新给定反向起始点的迭代初值，并结合常见的PID控制方法，实现磁滞补偿。仿真后发现利用J-A模型和其全逆模型进行磁滞补偿是可行的。[8]曹淑瑛，郑加驹，王博文等人利用动态递归神经网络对超磁致伸缩驱动器进行精密位移控制。动态递归网络由于其内部具有反馈，由于其内部具有反馈，具有动态映射的能力。他们根据GMA的滞回非线性特性，构造了一个DRNN，并提出了一种DRNN前馈和PD前馈的实时滞回补偿控制策略，以实现GMA的精密位移控制。[10]贾振元，王福吉等人研究了超磁致伸缩执行器的磁滞非线性问题，利用了Preisach理论模型建立了执行器的磁滞模型，并根据其逆模型设计了前馈补偿器，还设计出了磁滞模型的自适应算法和动态调整前馈补偿器的参数，从而实现了对执行器的磁滞非线性的补偿和控制。这种自适应算法有效的改善了执行器输出位移的磁滞非线性，减小了系统的非线性误差，提高了其控制精度。[11]涂建维，戴葵，瞿伟廉提出了采用神经网络预测的方法来减小磁滞效应对振动控制的不利影响。利用线性最优控制（LQR）算法经将来时刻结构响应机算得到主动控制力，可以使控制效果接近无磁滞效应的控制效果。[12]陈士安，祖广浩，姚明等人为了降低时滞对磁流变半主动悬架工作效果的负面影响，提出LQG-Pade逼近合拍时滞控制方法。这是一种有别于常规时滞补偿的控制方法。[13]李春桃和唐永红提出了一种新型的直接自适应神经网络控制方案，并在此基础上提出了一种具有一般滞后效应的非线性装置，这一方案构造简单。仿真结果显示此方案能有效控制动态系统的滞后非线性。[14] 朱位秋院士针对磁流变阻尼器强非线性的特征，在阻尼器动力学模型—Bouc-Wen模型的基础上，提出了基于Hamilton系统的半主动随机最优控制[15]

四、总结和展望