新型半主动整星隔振平台及其模糊最优控制研究

为降低卫星在发射过程中受到的动态载荷,提出一种采用磁流变阻尼器的新型半主动整星隔振平台。建立隔振平台的动力学模型和柔性卫星隔振系统总体的动力学模型。将LQG最优控制和模糊控制技术相结合应用于半主动整星隔振系统,以卫星振动响应能量和作动器输入能量的加权和最小作为最优控制目标来确定最优控制力,并采用预测状态法进行时滞补偿。以最优控制力和磁流变阻尼器的实际出力作为输入变量,以磁流变阻尼器的控制电流作为输出变量设计模糊最优控制器。仿真分析结果表明:新型半主动整星隔振系统采用模糊最优控制时,在卫星轴向和横向方向上都可取得良好的振动控制效果,并且控制效果明显优于被动控制和限幅最优控制。

用于整星隔振效果评价的隔振器影响系数指标研究

对整星隔振系统的隔振效果评价指标(振动传递率、隔振器振级落差、功率流等)进行分析,通过实例证明采用隔振器底端到顶端的传递率来评价隔振效果是不充分的,而采用隔振器振级落差、功率流等指标也在实际应用中存在各自的局限性。在分析隔振器影响系数的基础上,提出一种改进的隔振器影响系数指标,并采用位移导纳表达改进的隔振器影响系数。以自行设计的新型整星隔振平台为例,采用改进的隔振器影响系数指标进行隔振效果预测,结果表明:改进的隔振器影响系数指标可以更加简单直观地表现出整星隔振平台的隔振性能。

采用磁流变阻尼器的整星隔振平台试验研究

为降低卫星受到的来自于运载火箭的振动和冲击载荷,针对柔性卫星整体隔振,提出一种采用高频解耦型磁流变阻尼器的新型整星隔振平台。在理论分析的基础上,设计并制造了新型整星隔振平台、锥壳适配器和模拟卫星,搭建整星隔振系统,进行整星隔振性能试验。对比采用新型整星隔振平台、采用常规磁流变阻尼器隔振平台和采用锥壳适配器时的隔振效果,得到如下结论:新型整星隔振系统的隔振效果明显好于使用传统锥壳适配器时的情况;采用高频解耦型阻尼器能帮助隔振平台减小高频传递率,改善高频隔振性能。试验结果验证了理论分析的正确性。

一种改进型磁流变阻尼器用于宽频隔振研究

磁流变阻尼器是新一代智能型耗能器,具有反应迅速、提供阻尼力大、控制方便等优点,是实现半主动振动控制的理想元件,目前已在工程领域得到较广泛的应用。但同其它常规流体阻尼器类似,在高频振动时会出现刚度硬化现象,使高频传递率增大,常规磁流变阻尼器多应用于较低频域的振动控制。针对这种情况,提出一种带有解耦机构的新型磁流变阻尼器,即在常规磁流变阻尼器内增加解耦机构。解耦机构的加入使磁流变阻尼器成为一个对振幅敏感的器件,即在不同的振幅下具有截然不同的刚度和阻尼特性。采用Bingham模型建立磁流变阻尼器的阻尼力模型,由隔振系统的动力学模型推导出传递率的表达式。通过对两种磁流变阻尼器进行仿真对比后认为:带有解耦机构的磁流变阻尼器在低频、大振幅时解耦机构几乎不起作用,新型磁流变阻尼器的性能与常规磁流变阻尼器相同,具有大阻尼特性;而在高频、小振幅时,解耦机构处于近似解耦状态,阻尼器具有小阻尼、低动刚度的特性,可减小高频传递率。

重卡驾驶室半主动悬置控制方法

为了抑制在路面激励下某型重卡驾驶室的振动加速度响应,研究基于磁流变阻尼器驾驶室半主动悬置系统的控制方法。建立了重卡驾驶室半主动悬置集中质量动力学模型,分别采用比例积分微分(proportion integration differentiation,简称PID)控制理论和模糊最优控制理论设计控制器,并利用磁流变阻尼器动力特性实验数据对模糊最优控制器的参数进行优化。以驾驶室质心垂直、侧倾及俯仰3个方向加速度为控制目标,利用ADAMS/Simulink联合仿真方法,对比分析PID控制和模糊最优两种控制策略与被动状态下重卡驾驶室悬置振动控制效果。针对实际重卡进行不同速度路面激励下的振动控制实验。仿真和实验结果表明,采用PID和模糊最优控制方法均能有效抑制重卡驾驶室半主动悬置的振动加速度响应,其中模糊最优控制效果总体优于PID控制。

磁流体-泡沫金属阻尼器减振性能的研究

基于磁流体的性质随磁场强度变化及泡沫金属孔隙微小、均匀等特点,将磁流体与泡沫金属两种材料结合,提出了一种新型磁流体阻尼器.建立了新型磁流体阻尼器的阻尼力模型及其减振系统的非线性数学模型.通过实验验证了磁流体阻尼器的减振性能.结果表明,提出的非线性模型能较为准确地反映新型磁流体阻尼器的阻尼力特性和减振特性;在一定参数范围内,该磁流体阻尼器能满足振动系统对不同阻尼的要求.

磁流变阻尼器的设计、试验及其减振性能研究

设计制作了一种双出杆磁流变阻尼器(MRFD),给出了主要的理论计算公式,采用有限元方法对其磁路进行模拟并对间隙磁场进行了测试,通过足尺试验得到阻尼力与输入激励、电流的规律曲线,并依据试验数据建立磁流变阻尼器的力学模型,最后将该阻尼器安装于隔振系统,基于dSPACE实时仿真平台进行了振动台试验。研究结果表明:由理论简化计算、有限元分析与试验得到的结果比较吻合,验证了简化计算和有限元分析在产品初步设计中的可行性和准确性;验证了该阻尼器力学模型精确性,以及阻尼器的可控性与减振的有效性。为磁流变阻尼器的研发提供了具体方法和思路。

旋转式磁流变阻尼器用于卷料张力模糊控制

为减小收、放卷料时的张力波动,提出用一种新型旋转式磁流变阻尼器作为控制元件的解决方案.确定了该阻尼器的结构,建立了阻尼器的阻尼力矩模型.模型仿真表明:阻尼力矩随电流增大呈指数规律增加,电流较小时近似为线性关系,而在电流大于5A时饱和;阻尼力矩与转轴角速度成正比.提出采用模糊逻辑方法对阻尼器的阻尼力矩进行控制,从而控制张力波动.确定了相应的模糊输入和输出变量,得出模糊控制规则.仿真结果表明:旋转式磁流变阻尼器应用于张力的模糊控制,能够降低张力波动的幅值.

有阻尼吸振器参数优化与应用

针对某一特定频率下的振动问题,优化有阻尼吸振器参数来对其进行吸振。先对悬臂梁进行模态分析,得到对振动贡献最大的频率并确定吸振器的安装位置;然后,应用单自由度质量感应法得到动力吸振器在主振动系统上安装位置点的等价质量和等价刚度,并由其组成一个等效的单自由度系统;建立吸振器的数学模型,并基于理论推导出具有单自由度的动力吸振器的解析解,得到吸振器的3个参数;以悬臂梁为例,应用Abaqus软件仿真附加吸振器前后测试点的振动响应。仿真结果显示,安装动力吸振器后,测试点的振动得到显著降低,证实了吸振器的有效性。

列车车轮降噪设计及声辐射分析

车轮辐射噪声是轨道交通噪声的重要贡献源。结合声学仿真和试验技术,分析了某型车轮辐射噪声特性,并设计了一种结合约束阻尼和动力吸振技术的降噪车轮。车轮声学试验结果表明,该车轮降噪方案有良好的降噪效果,车轮声学传递函数幅值降低1~2个数量级,总声功率级降低11 d B(A)以上。

剪切阀式磁流变阻尼器实用设计方法研究

建立了一种基于经验的剪切阀式磁流变(MR:magnetorheological)阻尼器简化设计方法,在阻尼器磁路设计中先参考已有设计预设阻尼通道长度和修正系数,并将结构设计的基本方程与各磁场通道同时饱和原则相结合确定阻尼器结构的基本参数。分析了MR阻尼器各主要性能指标和设计参数间的关系,提出一种针对剪切阀式MR阻尼器的体积最优的3变量优化模型,并对设计的阻尼器进行了数值模拟和试验研究。结果表明,此简化设计方法简便、有效,可作为剪切阀式磁流变阻尼器工程设计的一种实用方法。

磁流变阻尼器阻尼通道结构参数对响应时间的影响研究

通过ANSYS软件进行磁场仿真得出了不同磁流体通道间隙,磁极长度,磁极形状以及磁回路厚度下磁流变阻尼器磁感应强度随时间变化的曲线图。通过分析磁场仿真结果得出:随着磁流体通道间隙的增加,其响应时间呈上升趋势;随着磁极长度的增加,其响应时间减小;磁极表面有不同形状,当磁极表面形状为平面且有圆弧倒角时其响应时间最短;活塞磁场未饱和时,随着磁回路的厚度的增加其响应时间增大,当活塞磁场饱和时,磁回路的厚度对磁流变阻尼器的响应时间不会产生影响。

基于不同本构模型的弹性联轴器刚度特性分析

分别采用Mooney-Rivlin,Odgen和Yeoh橡胶材料本构模型对永磁同步直驱系统用弹性联轴器进行有限元建模和径向刚度仿真计算,并将仿真计算结果与试验结果进行对比。分析得出,采用Mooney-Rivlin和Odgen模型得到的弹性联轴器径向刚度与试验值偏差较大,采用能够模拟大变形的Yeoh模型得到的弹性联轴器径向刚度与试验值偏差较小,Yeoh模型适合用于弹性联轴器及同类产品进行力学性能分析。

电磁作动器的设计及磁路分析

针对船舶发动机振动主动控制系统,提出一种高效电磁作动器。基于电磁作动力为目标设计电磁作动器结构,并对电磁作动力进行理论计算。建立电磁作动器磁场模型,给定直流加载对磁场模型进行仿真分析,计算电磁作动力与磁感应强度。在此理论基础上,以直流信号输入对电磁作动器进行试验验证。结果表明,试验与仿真分析得出的电磁作动力达到预定设计目标,最大磁感应强度基本吻合且未达到磁饱和强度,符合设计要求。验证了应用ANSYS对磁场进行仿真研究的准确性,且相同大小体积下电磁作动器输出的作动力大、性能良好,可以较好地应用于发动机的振动主动控制。

基于MRE减振器的变刚度半主动减振系统分析

磁流变弹性体(MRE)是一种新型的磁流变材料,具有磁致模量可控、可逆等优点,可广泛应用于各种可变刚度的减振器。变刚度系统是经典半主动控制系统之一。为了验证MRE减振器应用于变刚度半主动减振系统的有效性,从硅橡胶基MRE的制备入手,对其压缩性能进行了测试,测试结果表明硅橡胶基MRE的压缩模量的相对改变量达到了211%;然后对各层均装有MRE减振器的某5层框架结构进行了仿真分析,采用两种控制算法对结构进行控制比较。仿真结果表明:基于MRE减振器的变刚度半主动减振系统能有效减小框架结构的各层位移,两种控制算法得到的控制效果相近,控制效果显著。

城轨车辆轴悬式永磁直驱电机用弹性联轴器设计

基于车辆动力学理论,建立了弹性轴悬式直驱系统扭转动力学模型,通过求解系统扭振微分方程,论述了弹性联轴器的减振效率及其影响因素;同时,提出了一款适用于轴悬式直驱系统的联轴器结构,并对其关键性能参数进行了理论分析与设计计算;最后,以某城轨车辆轴悬式直驱系统为设计对象进行了实例计算与试验验证。结果显示,计算值与试验值一致,满足设计要求。

Mechanical-Delay Dynamic Model of Magnetorheological Damper

In the dynamic characteristic experiment of magnetorheological( MR) damper, a strange feature which the improved Bouc-Wen model based on tanh function cannot accurately describe has been shown when MR damper is reversing or at a low speed. In order to describe this phenomenon,a new mechanicaldelay dynamic model based on the improved Bouc-Wen model has been proposed for MR damper. This new model comprehensively considers the coupling effect on the structural flexibility of MR damper and the MR effect of MR fluid. The identification results show that the new mechanical-delay dynamic model for MR damper has a good coherence with experiment whenever at low or high speed.

新型整星隔振平台的被动隔振性能及星箭耦合特性分析

针对卫星的隔振要求,提出一种新型半主动整星隔振平台,采用磁流变(MR)阻尼器作为半主动作动器。为增加平台的横向转动刚度,提出一种套筒式防摇结构。建立新型整星隔振系统的详细有限元(FE)模型,对隔振系统进行基础随机激励下的响应分析和隔振平台的振级落差分析,并建立星箭系统的详细有限元模型,分析星箭结合后对整星隔振性能的影响情况,以及加入新型隔振平台后对火箭动态特性的影响。结果表明:新型整星隔振平台具有优良的被动隔振性能;火箭的动态特性对新型隔振系统的性能有一定影响,但当火箭和隔振平台结合处的刚度较大时,影响较小;加入新型隔振平台后,在火箭点火时到一级分离时,火箭整体的动态特性无明显变化。

基于Isight的橡胶动力吸振器参数化优化

为满足动力吸振器系统固有频率性能要求,应用Isight集成软件平台进行有阻尼橡胶动力吸振器结构尺寸优化设计。以圆筒形橡胶元件为例,通过数值仿真研究橡胶动力吸振器质量块质量不变时,橡胶元件结构尺寸变化对振动系统固有频率的影响,结果表明动力吸振器系统固有频率随圆筒形橡胶元件结构尺寸的变化而改变。以圆筒形橡胶元件外圆半径、高度和质量块外径作为优化设计变量,以橡胶动力吸振器固有频率为优化目标,建立优化设计数学模型,基于Isight集成平台对橡胶动力吸振器尺寸进行优化。结果表明,优化所得动力吸振器系统固有频率值与目标值吻合较好,误差为4.6%,并通过产品实验验证了优化方法的有效性。

榴弹发射器后坐缓冲系统仿真与控制

论述基于磁流变阻尼器的半主动振动控制的一般方法,针对某榴弹发射器后坐缓冲系统的设计要求,建立了缓冲系统的数学模型,对发射器的后坐过程进行了动力学仿真。提出了一种基于设计目标的加权计算方法,通过参数化设计,并计算控制因子D,找到阻尼器的最佳弹簧刚度系数和可控阻尼系数匹配,满足了后坐力和后坐行程的设计要求,为缓冲装置用的磁流变阻尼器的设计提供依据;进行了ADAMS与Simulink的联合控制研究,对比了外加开关(on-off)控制算法和PID控制算法时的控制效果,为磁流变阻尼器的电流控制提供了指导。