一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器及其控制方法，该隔振器包括基座、隔振平台、阻尼器、主刚度弹性机构、控制器和磁流变弹性体装置；磁流变弹性体装置包括第一导磁体、磁流变弹性体、第二导磁体、固定杆、被动推杆、隔磁套筒、粘性液体、主动推杆；主动推杆与隔振平台连接，主动推杆运动时推动粘性液体，粘性液体推动被动推杆，磁流变弹性体受力被压缩；第一导磁体与第二导磁体均内嵌在隔磁套筒壁，第一导磁体和第二导磁体均设有绕组线圈，控制器控制绕组线圈的电流；主刚度弹性机构与阻尼器消耗隔振平台的振动能量，本发明专利技术实现隔振系统的半主动控制，调节磁流变弹性体刚度改变系统的固有频率，不会达到共振，提高隔振效果。隔振效果。隔振效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及隔振
，具体涉及一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器及其控制方法。

技术介绍

[0002]磁流变弹性体是一种复合材料，它主要由非磁性的基体材料，通常为硅橡胶、天然橡胶等，以及磁性颗粒两部分固化而成。其力学性能能够根据外加磁场的变化而变化，具备响应速度快、可逆性好等特点。但由于磁流变弹性体正常工作时处于弹性阶段，如果其所受的外力超过其弹性变形范围，磁流变弹性体由于塑性变形将发生损坏。
[0003]半主动控制是一种振动系统的参数控制技术。根据系统输入的变化和对系统输出的要求，实时调节某些环节的刚度、惯性以及阻尼特性，从而使系统获得优良的振动特性。磁流变弹性体的半主动控制主要是通过改变系统的刚度来使系统获得更好的振动特性，其通常采用ON-OFF控制算法对系统进行半主动控制，但与对应的控制电流始终处于最大值时的被动控制效果相比，ON-OFF控制并不能进一步改善控制效果。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器及其控制方法，可以避免磁流变弹性体因为负荷太重发生塑性变形而被损坏；由于磁流变弹性体的刚度不可能无限制的变大，所以系统的输入存在饱和限制，故本专利技术基于抗输入饱和对其进行半主动控制，当饱和发生时，控制器才起作用；在饱和发生之前，可以保留闭环系统的预先设计性能。这种方法可以改善系统性能的损失，比采用ON-OFF控制算法进行振动控制的控制效果更好。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器，包括基座、隔振平台、阻尼器、主刚度弹性机构、控制器和磁流变弹性体装置；
[0007]所述基座分别与所述控制器、磁流变弹性体装置、阻尼器和主刚度弹性机构固定连接；
[0008]所述隔振平台分别与所述磁流变弹性体装置、阻尼器、主刚度弹性机构固定连接；
[0009]所述磁流变弹性体装置包括第一导磁体、磁流变弹性体、第二导磁体、固定杆、被动推杆、隔磁套筒、粘性液体、主动推杆；
[0010]所述主动推杆、被动推杆均在所述隔磁套筒内活动；
[0011]所述隔磁套筒一端为封闭端，另一端为隔磁套筒口，所述主动推杆设于隔磁套筒口，所述固定杆一端与隔磁套筒的封闭端连接，所述固定杆另一端与所述磁流变弹性体一端连接，所述磁流变弹性体另一端与所述被动推杆一端连接；所述被动推杆的另一端与主动推杆一端相对设置，所述粘性液体填充在被动推杆与主动推杆相对设置形成的空间内，所述主动推杆另一端与隔振平台连接，所述主动推杆运动时推动粘性液体，进而粘性液体
推动被动推杆，所述磁流变弹性体受力被压缩；
[0012]所述第一导磁体与第二导磁体均固定内嵌在隔磁套筒壁，所述第一导磁体与第二导磁体均为中空，所述被动推杆穿过第一导磁体，所述固定杆穿过第二导磁体，所述第一导磁体和第二导磁体均设有绕组线圈，所述控制器用于控制所述绕组线圈的电流大小；
[0013]所述主刚度弹性机构用于支撑隔振平台；
[0014]所述阻尼器设有阻尼块连杆，所述阻尼块连杆与隔振平台连接，所述阻尼块连杆可活动，用于消耗隔振平台带来的振动能量。
[0015]作为优选的技术方案，所述磁流变弹性体装置还设有储液腔，所述储液腔设于隔磁套筒上，并与粘性液体填充形成的空间连接；
[0016]所述储液腔包括第一弹性部件和活塞块，所述第一弹性部件和活塞块固定连接，当隔振物体所给的压力超过磁流变弹性体所能承受的弹性范围时，活塞块被推动进而压缩第一弹性部件，粘性液体流入储液腔内，隔磁套筒内的粘性液体减少。
[0017]作为优选的技术方案，所述储液腔设有多个，在隔磁套筒上对称分布。
[0018]作为优选的技术方案，所述主动推杆与粘性液体接触的一端装有第一橡胶密封圈，所述被动推杆与粘性液体接触的一端装有第二橡胶密封圈。
[0019]作为优选的技术方案，所述阻尼器的阻尼系数根据系统振动特性确定，具体计算公式为：C＝2ξmω
n
；
[0020]其中，C为阻尼系数，m为隔振物体质量，ω
n
为结构系统固有圆频率，ξ表示阻尼比。
[0021]作为优选的技术方案，所述磁流变弹性体装置设有多个，均设置在基座上，每个磁流变弹性体装置的主动推杆均与隔振平台连接。
[0022]本专利技术还提供一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器的控制方法，包括下述步骤：
[0023]构建系统的动力学模型，包括动力学方程和饱和非线性输入方程；
[0024]根据动力学方程和饱和非线性输入方程，构建具有输入特征的辅助系统，基于所述辅助系统对系统饱和限制进行直接补偿；其中，具有输入特征包括经过饱和限制得到输入值，把控制器的输出与所述输入值进行比较得到比较的误差信号，将所述比较的误差信号反馈到所述辅助系统进行循环地补偿输入限制；
[0025]根据辅助系统结合李雅普诺夫函数构建隔振系统的抗输入饱和的控制器进行处理；
[0026]根据磁流变弹性体半主动控制振动系统的动力学模型，构建系统的李雅普诺夫函数；
[0027]通过验证李雅普诺夫函数的正定性和李雅普诺夫函数的一阶导数的有界性，对系统进行稳定性分析，基于磁流变弹性体半主动控制振动系统模型，对磁流变弹性体半主动控制振动系统进行数值仿真，基于最优隔振效果的仿真结果和李雅普诺夫函数的一阶导数的有界性调节抗输入饱和控制器的参数；
[0028]控制器控制绕组线圈的电流大小，绕组线圈通电后产生的磁场作用于磁流变弹性体，对磁流变弹性体刚度的进行调节和控制。
[0029]作为优选的技术方案，所述构建系统的动力学模型，具体构建步骤包括：
[0030]构建系统的动力学方程，表示为：
[0031][0032]其中m是隔振物体的质量，为隔振平台的位移加速度，c0为阻尼系数，x
e
为激励位移，为激励速度，ξ为磁流变弹性体产生的传递力的损失系数，x
e
是激励位移，x2为隔振平台的位移，为隔振平台的运动速度，f
MRE
是由磁流变弹性体产生的主动力；
[0033]动力学方程的状态方程形式如下：
[0034][0035]其中，η为常数，u＝f
MRE
；
[0036]构建饱和非线性输入方程，表示为：
[0037][0038]其中，u
M
和u
m
是饱和极限，u
M
＝(K
Max-k0)(x
e-x2)，u
m
＝K
min
(x
e-x2)，τ表示整个系统的抗输入饱和的控制律，即抗输入饱和控制器的控制律。
[0039]作为优选的技术方案，所述辅助系统设计如下：
[0040][0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器，其特征在于，包括基座、隔振平台、阻尼器、主刚度弹性机构、控制器和磁流变弹性体装置；所述基座分别与所述控制器、磁流变弹性体装置、阻尼器和主刚度弹性机构固定连接；所述隔振平台分别与所述磁流变弹性体装置、阻尼器、主刚度弹性机构固定连接；所述磁流变弹性体装置包括第一导磁体、磁流变弹性体、第二导磁体、固定杆、被动推杆、隔磁套筒、粘性液体、主动推杆；所述主动推杆、被动推杆均在所述隔磁套筒内活动；所述隔磁套筒一端为封闭端，另一端为隔磁套筒口，所述主动推杆设于隔磁套筒口，所述固定杆一端与隔磁套筒的封闭端连接，所述固定杆另一端与所述磁流变弹性体一端连接，所述磁流变弹性体另一端与所述被动推杆一端连接；所述被动推杆的另一端与主动推杆一端相对设置，所述粘性液体填充在被动推杆与主动推杆相对设置形成的空间内，所述主动推杆另一端与隔振平台连接，所述主动推杆运动时推动粘性液体，进而粘性液体推动被动推杆，所述磁流变弹性体受力被压缩；所述第一导磁体与第二导磁体均固定内嵌在隔磁套筒壁，所述第一导磁体与第二导磁体均为中空，所述被动推杆穿过第一导磁体，所述固定杆穿过第二导磁体，所述第一导磁体和第二导磁体均设有绕组线圈，所述控制器用于控制所述绕组线圈的电流大小；所述主刚度弹性机构用于支撑隔振平台；所述阻尼器设有阻尼块连杆，所述阻尼块连杆与隔振平台连接，所述阻尼块连杆可活动，用于消耗隔振平台带来的振动能量。2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器，其特征在于，所述磁流变弹性体装置还设有储液腔，所述储液腔设于隔磁套筒上，并与粘性液体填充形成的空间连接；所述储液腔包括第一弹性部件和活塞块，所述第一弹性部件和活塞块固定连接，当隔振物体所给的压力超过磁流变弹性体所能承受的弹性范围时，活塞块被推动进而压缩第一弹性部件，粘性液体流入储液腔内，隔磁套筒内的粘性液体减少。3.根据权利要求2所述的基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器，其特征在于，所述储液腔设有多个，在隔磁套筒上对称分布。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器，其特征在于，所述主动推杆与粘性液体接触的一端装有第一橡胶密封圈，所述被动推杆与粘性液体接触的一端装有第二橡胶密封圈。5.根据权利要求1-3任一项所述的基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器，其特征在于，所述阻尼器的阻尼系数根据系统振动特性确定，具体计算公式为：C＝2ξmω
n
；其中，C为阻尼系数，m为隔振物体质量，ω
n
为结构系统固有圆频率，ξ表示阻尼比。6.根据权利要求1-3任一项所述的基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器，其特征在于，所述磁流变弹性体装置设有多个，均设置在基座上，每个磁流变弹性体装置的主动推杆均与隔振平台连接。7.一种基于磁流变弹性体的半主动控制隔振器的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：构建系统的动力学...

【专利技术属性】
技术研发人员：文桂林，刘冰，夏淑炎，陈高锡，陈梓杰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：