遗传算法优化的双线圈磁流变制动器模糊PID控制

针对磁流变制动器制动力矩输出不稳定的问题,采用遗传算法优化后的模糊PID控制器对双线圈磁流变制动器进行力矩控制。基于Bingham模型建立了双线圈磁流变制动器的制动力矩数学模型,同时推导了磁流变制动器的动态模型。完成了双线圈磁流变制动器的制动力矩实验,当励磁电流为1.0 A时,磁流变制动器制动力矩最大值为4.8 N·m;采用最小二乘结构模型,开展了双线圈磁流变制动器传递函数的参数辨识;基于遗传算法和模糊PID控制,设计了双线圈磁流变制动器的遗传算法优化的模糊PID控制器;搭建了磁流变制动器控制实验平台,开展了磁流变制动器力矩控制实验研究。研究结果表明,相比于传统模糊PID控制,在基于遗传算法优化的模糊PID控制下,双线圈磁流变制动器能实现较好的力矩控制效果,制动力矩阶跃响应上升时间为0.63 s,超调量为4.17%,制动力矩跟踪误差在0.2 N·m以内,具有较快的响应速度、较小的超调量以及较小的力矩跟踪误差。

内外液流通道筒式磁流变制动器制动性能分析

针对传统磁流变制动器磁场利用率不高的问题,提出了一种具有内外液通道的筒式磁流变制动器;通过在缸筒和旋转套筒中增设非磁性器件,使得磁力线蜿蜒通过内外轴向液流通道的6段有效阻尼间隙,从而使该制动器在外形尺寸不变的前提下能产生较好的转矩性能;阐述了内外液流通道筒式磁流变制动器的结构和工作原理,并对有效阻尼间隙在磁场作用下的磁路进行分析;同时推导建立了制动转矩和温度场数学模型;基于COMSOL软件对磁流变制动器电磁场和温度场进行了仿真分析。由电磁场仿真可知,在外加电流为2.0 A、转速400 r/min时,制动转矩可达101.96 N·m,转矩动态可调范围由1.00增加至29.69;由温度场仿真可知,在多次紧急制动下最高温度为42.88℃,符合磁流变液正常工作范围。

基于NSGA-Ⅱ的内外液流通道筒式磁流变制动器优化设计

【目的】针对传统磁流变制动器磁场利用率不高的问题,设计了一种具有内外流道的筒式磁流变制动器。【方法】通过将隔磁环和隔磁盘集成在导磁材料旋转套筒和定子磁缸内,使得磁力线蜿蜒穿过内外液流通道的6段有效阻尼间隙,从而在制动器外形尺寸不变的前提下提高了转矩性能。阐述了内外液流通道筒式磁流变制动器的结构和工作原理,同时建立了制动转矩的数学模型。在电磁场和转矩分析的基础上,通过理论计算和DOE实验正交法预测模型精度,并利用NSGA-Ⅱ算法对内外液流通道筒式磁流变制动器进行多目标优化。【结果】结果表明,当加载电流为2.0 A时,制动器的转矩最大值由36.38 N·m提高到47.35 N·m,相比优化前提升了30.15%;转矩动态可调范围系数由18.28提高到21.31,相比优化前提升了16.58%。【结论】优化后的制动器满足无人配送小车的制动性能需求。

基于力矩补偿的往复式磁流变制动器设计与分析

为提高汽车线控制动系统效率和安全性,推动磁流变制动器在汽车领域的商用化进程,设计一种新型反复式挤压磁流变制动器。制动器使用挤压-剪切混合工作模式,使用往复式结构取代传统的旋转运动,非制动状态下保持磁流变液的流动性,制动状态下通过制动盘的往复运动增强制动效果,以充分利用磁流变液的高力学性能,提升制动力矩。考虑到磁流变液性能可能受温度波动影响,设计过程还引入了温度补偿机制,利用合金记忆弹簧作用机制对磁流变液流量进行调节,进而实现力矩补偿,确保制动效果的连续性和稳定性。通过ANSYS Workbench对设计的制动器进行不同励磁电流下的三维静态磁场仿真,进一步验证磁路设计可行性和参数、材料选择的合理性。

多极圆盘式磁流变制动器的设计与优化

针对传统圆盘式磁流变制动器中工作间隙磁场强度沿制动盘径向分布不均匀、远离线圈区域的工作间隙磁场强度较小的问题,提出并设计了一种多极圆盘式磁流变制动器。首先,阐述了多极圆盘式磁流变制动器的基本结构及工作原理,完成了磁流变制动器的磁路建模,并建立了其制动转矩的数学模型。然后,基于有限元仿真软件,开展了多极圆盘式磁流变制动器的磁场仿真分析。最后,以转矩密度为优化目标,采用梯度自由优化算法中的BOBYQA(bound optimization by quadratic approximation,二次逼近边界优化)算法,完成了多极圆盘式磁流变制动器的结构优化设计。结果表明,所设计的磁流变制动器的外间隙磁感应强度为0.681~0.760 T;内间隙0~<5 mm处的磁感应强度为0.114~0.349 T,5~65 mm处的磁感应强度为0.362~0.498 T;内、外线圈产生的2种磁场可以在磁流变液间隙中实现叠加,从而提高制动转矩。相较于优化前,当所有内、外线圈的电流为1 A时,优化后磁流变制动器的制动转矩增大了15.2%,转矩密度增大了14.3%。多极圆盘式磁流变制动器可为高转矩密度磁流变传动技术的发展提供参考。

车用水冷式磁流变制动器性能及温升效应研究

针对现有磁流变制动器在制动过程中内部温度急剧升高的问题,提出并设计了一种具有水冷散热功能的车用磁流变制动器,该制动器设有4副制动片,提高了磁场利用率,显著增强了制动器输出力矩,并在制动器内部设有多条冷却流道,对制动过程中产生的温升效应有着很好的抑制作用。阐述了车用水冷式磁流变制动器的结构和工作原理,建立了制动器输出力矩数学模型。采用有限元法对制动器进行电磁场仿真,分析了不同条件下各工作面的磁感应强度分布规律,并对制动过程中的制动器进行热流耦合仿真,分析其在不同条件下的温升效应。结果表明,当外加电流为1 A时,所设计的磁流变制动器输出总力矩可达240 N·m,并且水冷散热结构对制动器整体温升效应有着很好的抑制作用。

双线圈多筒式磁流变制动器散热方式对比分析

针对磁流变制动器工作时内部热量积聚而导致温度升高,从而影响磁流变液的工作性能,甚至导致制动器失效,采用有限元法对磁流变制动器的温度分布进行仿真。首先探究热量来源,建立温度场分析模型,对不同条件下的散热情况进行模拟,分析制动器的散热情况。结果表明,在稳态滑差生热功率为23.4 W时,自然风冷下,磁流变液的最高温度为130℃;强制风冷下,风速分别设置为0.25 m/s、0.5 m/s、0.75 m/s、1.0 m/s时,磁流变液的温度分别为96℃、71℃、60.7℃、54.8℃;强制水冷下,流率为30 ml/min、60 ml/min、90 ml/min、120 ml/min时,磁流变液的温度分别为35.2℃、31.1℃、29.6℃、28.8℃。当制动器在瞬态滑差生热功率为75.4 W下运行时长为1250 s时,三种工况下磁流变液温度最低分别为:130℃,97.5℃,38.3℃;且在强制水冷下流率120 ml/min时,制动器运行到1250 s,趋近稳态。研究结果为磁流变装置的散热方式设计提供了理论参考。

新型双层多线圈磁流变制动器研究

针对目前磁流变传动技术中普遍存在的工作间隙磁场分布不均和单位体积可传递扭矩较小的关键问题,提出一种具有双层间隙以及沿周向配置多个线圈的新型磁流变制动器。根据结构尺寸,推导了制动力矩的计算公式,建立了磁路分析模型来估算间隙中的磁场强度大小。采用基于自由梯度的BOBYQA优化方法对主要结构尺寸进行优化,得到了优化后结构的磁场强度分布。将间隙磁流变液中磁场强度的仿真值与计算值进行对比,结果表明,该磁路建模方法可以指导结构设计,结构可产生的单位体积力矩值约为2.3×10~4Nm/m^3。其研究成果为双层多线圈磁流变制动器的设计提供理论参考。

圆盘式磁流变制动器仿真优化设计

为了改进磁流变制动器的性能,提出了一种基于结构与磁路耦合模型仿真分析的优化设计方法。该方法以最大化制动器的制动力矩和最小化制动器的质量为目标,采用变动权系数的策略将多目标化为单目标,然后运用ANSYS的参数化有限元仿真优化工具进行优化求解,得到磁流变制动器的最佳几何参数。在此基础上,加工制造出实物样机,设计并搭建磁流变制动器性能测试平台,实验和仿真结果表明该设计方案能较好满足制动器的制动力矩和磁路设计的要求。

圆筒式磁流变制动器结构与磁路耦合的优化设计

基于Bingham塑性模型,导出了圆筒式磁流变制动器的制动力矩公式,分析了结构与磁路的耦合关系.在此基础上,提出一种结构与磁路集成优化设计的方法;以最大化制动器制动力矩和最小化制动器质量为目标,建立磁流变制动器集成优化数学模型,采用ANSYS基于参数化有限元分析的优化技术进行优化求解,得到磁流变制动器的最佳设计方案.仿真结果表明该设计方案既能满足制动力矩要求,又能满足磁路设计要求.最后分析了励磁电流与制动力矩的输入-输出关系.

多液流通道旋转式磁流变制动器结构设计与特性分析

作为一种可以有效产生转矩、耗散运动能量的半主动阻尼器件,旋转式磁流变制动器具有转矩可调、响应速度快的特点,在汽车领域具有广泛的应用前景。设计了一种具有多液流通道的旋转式磁流变制动器,通过在旋转套筒中部设置隔磁材料改变磁场结构,引导磁力线通过未被利用的外轴向液流通道,增加了磁流变制动器产生流变效应的工作区域,从而将制动器有效阻尼间隙从常规2段增加为4段。阐述了多液流通道旋转式磁流变制动器工作原理,并推导了其转矩数学模型。采用有限元法对磁流变制动器电磁场进行建模仿真,分析了磁流变制动器不同液流通道区域磁场强度分布规律。搭建了旋转式磁流变制动器制动转矩特性测试试验台,对不同加载电流及不同转速下的磁流变制动器转矩性能进行了试验分析,结果表明,加载电流为1.8 A、转速为600 r/min时,制动器转矩可达61.4 N·m,试验结果与仿真结果基本一致;转速变化对制动器转矩基本无影响。

双盘式磁流变制动器的结构设计和性能研究

为在有限空间内实现较大功率的车辆制动的自动化和智能化,设计了一种工作在剪切模式下的双盘式磁流变制动器,分析了其工作原理,对其制动力矩的的理论计算公式进行了推导。使用有限元软件对制动器的磁路进行了磁场仿真,利用仿真结果经计算得出了其制动力矩值,在MATLAB软件上对计算结果进行拟合,得出了制动器励磁电流和制动力矩之间的函数关系。结果表明了该磁流变制动器制动力矩能够满足大多数中小型车辆的制动需求且易于实现制动力矩的线性控制。

圆盘式磁流变制动器磁路多目标优化

为了提高磁流变制动器的制动性能,基于Herscher-Bulkley模型,以磁流变制动器的质量最小、输出制动力矩最大为优化目标,提出了一种基于有限元分析(FEA)和多目标遗传算法(MOGA)的联合优化设计方法。利用该方法获得了磁路结构的Pareto最优解,并采用组合赋权法对Pareto最优解进行选优,得到了制动器最优的磁路结构参数。仿真结果表明:所提出的磁流变制动器磁路多目标优化设计方法是正确有效的,能够获得更加紧凑的磁路结构,并提高磁流变制动器的制动力矩,可作为磁流变制动器设计的参考。

圆筒式磁流变制动器结构设计

基于Bingham塑性模型,导出了圆筒式磁流变制动器的制动力矩公式,建立了磁流变制动器的二维轴对称磁场有限元模型。在考虑不产生"磁饱和"现象的情况下,分析了转筒厚度对工作间隙中磁流变液磁通密度的影响。在此基础上,确定了能使磁流变液中的磁通密度达到最大的结构设计方案。结果表明该结构方案既能满足磁流变制动器的制动力矩要求,又能满足磁路设计要求。

磁流变制动器的实验研究

磁流变制动器是一种具有良好发展前景的新型制动器。通过设计实验,得出了与磁流变制动器制动性能紧密相关的因素,并对磁流变制动器的设计提出了新的建议。

多液流通道旋转式磁流变制动器结构设计及优化

针对目前磁流变制动器磁场利用率不高、体积-转矩比低的不足,设计了一种多液流通道旋转式磁流变制动器。通过在旋转套筒中增加隔磁零件,将制动器有效阻尼通道从常规2段增加为4段,弥补了传统磁流变制动器单一有效阻尼通道结构设计的不足。阐述了多液流通道旋转式磁流变制动器结构及工作原理;分析了有效阻尼间隙在磁场作用下的磁路分布,同时建立了制动转矩数学模型。采用有限元法对磁流变制动器电磁场进行建模仿真,并利用ANSYS软件中的一阶优化方法对初始结构进行多目标优化。对优化前、后磁流变制动器有效阻尼间隙处的磁场强度和剪切应力的分布规律进行对比分析,同时分析了优化后制动器制动转矩的变化规律。仿真结果表明,优化后的磁流变制动器在输入电流为1 A时,制动转矩由126.78 N·m增加到170.65 N·m,提高了34.6%;制动转矩可调系数由66.65增加到68.75,提高了3.2%。

圆盘式与圆筒式磁流变制动器制动转矩研究

基于磁流变液的磁流变效应,介绍了圆盘式及圆筒式磁流变制动器的制动原理,推导了所需磁流变液体积公式,建立了磁流变制动器的磁路模型。应用ANSYS软件对磁路模型进行有限元磁场仿真,得到了磁感应强度云图和磁感应强度分布曲线。最后基于两种磁流变制动器的结构特点,分别计算并比较了它们的制动转矩大小。结果表明:当所使用磁流变液的材料、体积及励磁线圈匝数、通入电流大小相同的情况下,圆筒式磁流变制动器的制动转矩要比圆盘式磁流变制动器大50%左右。

基于制动控制器的磁流变制动器性能

本文主要对基于制动控制器的磁流变制动器性能进行探究.对磁流变制动器进行结构设计和仿真优化,得出制动器的最优结构,并基于Arduino开发板与L9349功率驱动芯片设计了磁流变制动控制器.为探究基于制动控制器的制动器制动性能,分别进行了不同阶跃信号规律、正弦信号规律的制动力矩跟随实验和制动减速度实验.实验结果得出制动器的响应时间约在40 ms,控制系统滞后时间约为70 ms,制动力矩在跟随过程中滞后时间约为20 ms,与液压制动系统相比具有较快的制动响应.本研究对磁流变制动器的发展和应用奠定了基础.

基于虚拟仪器的磁流变制动器的测试系统

建立了一种基于虚拟仪器的磁流变制动器的虚拟测试系统。系统以模拟工作台、磁流变制动器虚拟测控仪、PCI总线、传感器、信号调理电路、可控直流电源、变频器、采集卡以及连接设备等作为硬件平台,采用LabVIEW作为软件开发工具,利用软件对采集来的数据进行了处理、结果显示以及数据查询。测试过程中,通过该系统,在不同的线圈控制电压和不同的电机工作转速的条件下,对磁流变制动器的制动过程进行检测,并根据测试结果,应用MATLAB对实验测试数据进行拟合,得出影响制动性能的一些因素与制动性能之间的关系,从而为进一步设计智能制动器提供实验依据。

磁流变制动器性能分析试验台的研制

在车辆制动系统中制动器的优劣直接决定了制动系统的性能优劣.为了配合新型磁流变制动器的研制,研发了专用测量分析磁流变制动器性能的试验台.试验台整体分为测量模块和施加负载模块,其中测量模块是在虚拟软件LabVIEW平台上开发,它包括转速转矩传感器和数据采集卡以及虚拟仪器.最后,通过一系列试验证明该试验台能够完成对磁流变制动器的综合性能测试分析,验证了试验台设计的合理性和可行性.