基于磁流变阻尼器的假肢设计及轨迹跟踪特性

针对当前假肢存在的阻尼固定、结构复杂及成本较高等问题,提出一种以磁流变阻尼器为执行元件的假肢。首先对假肢进行结构设计,并建立其动力学模型。针对膝关节阻尼性能需求,对磁流变阻尼器进行结构设计。搭建磁流变阻尼器动力性能试验台,对加工的磁流变阻尼器进行动力性能测试。为准确表征磁流变阻尼器的动力性能,基于可调Sigmoid模型建立磁流变阻尼器的正向力学模型,并采用BP神经网络建立磁流变阻尼器逆向力学模型。针对假肢系统中存在的非线性和耦合性问题,采用CT+PD控制算法来跟踪膝关节摆动轨迹。最后搭建假肢测试系统并对膝关节摆动角度进行实验测试,结果表明基于CT+PD控制算法的假肢总体上能实现对参考步态的跟踪,具有较好的仿生性。

车辆磁流变半主动空气悬架模糊滑模控制研究

为进一步提高车辆行驶过程中的平顺性,提出了一种半主动空气悬架模糊滑模控制策略。对空气悬架系统所用的磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper,MRD)进行力学性能试验,利用遗传算法对磁流变阻尼器的改进双曲正切模型进行参数辨识。对空气弹簧建立刚度模型,基于改进双曲正切模型,建立1/4车辆磁流变半主动空气悬架系统模型。针对空气悬架系统的不确定性,建立基于模糊控制的滑模变结构控制策略;通过调整滑模控制的边界层,有效地抑制抖振对控制精度的影响,从而确保了系统的稳定性。以随机路面激励作为输入,分别对被动空气悬架、基于模糊PID控制和基于模糊滑模控制的半主动空气悬架进行仿真分析,结果表明基于模糊滑模控制的半主动空气悬架具有更好的减振性能和乘坐舒适性。

基于磁流变阻尼器的车辆半主动悬架GA-LQR的研究

传统的线性二次型最优控制(LQR)策略可提升车辆乘坐舒适性及操作稳定性,因此广泛应用在车辆半主动悬架中。对车辆半主动悬架用磁流变阻尼器(MRD)进行阻尼特性试验,并采用Bouc-Wen模型建立MRD的力学模型。为确定Bouc-Wen模型中的未知参数,利用遗传算法(GA)对其进行参数辨识。结合所辨识的Bouc-Wen模型,建立1/4车辆磁流变半主动悬架模型。针对LQR控制器存在的加权矩阵Q和R的取值易受主观因素影响的问题,设计了一种基于遗传算法的线性二次型最优控制(GA-LQR)控制器。以随机路面激励作为输入,分别对被动悬架、基于LQR的磁流变半主动悬架和基于GA-LQR的磁流变半主动悬架进行仿真分析,结果表明,基于GA-LQR的磁流变半主动悬架具有更好的乘坐舒适性及操作稳定性。

基于遗传算法的混合流动式磁流变阻尼器优化设计

针对传统磁流变阻尼器在体积受限条件下不能产生良好阻尼性能的不足,提出并设计了一种混合流动式磁流变阻尼器,该阻尼器液流通道由4段轴向圆环液流通道和2段径向圆盘液流通道串联组成,通过设置隔磁零件引导磁力线蜿蜒通过全部液流通道,有效提高了阻尼器的磁场利用率。阐述了混合流动式磁流变阻尼器的结构和工作原理,建立了阻尼力数学模型,并采用有限元法对阻尼器进行电磁场仿真。利用遗传算法对该阻尼器进行结构优化,优化目标函数由输出阻尼力、阻尼力可调范围、响应时间常数、能耗和阻尼器活塞头体积5部分组成。对比分析了优化前、后各液流通道处磁感应强度和剪切应力的分布规律,以及各性能指标随外加电流的变化情况,结果表明优化后磁流变阻尼器的磁场利用率更高,且各项性能均有明显改善。