基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种通过频率辨识实现磁流变阻尼器控制的方法及其结构，属于磁流变阻尼器控制技术领域。
【背景技术】
[0002]磁流变液是一种新型智能材料，主要是由非导磁性液体和均匀分散于其中的高导磁率、低磁滞性的微小磁性颗粒组成，为了保证磁流变液的悬浮稳定性，通常还包括适量的外加剂。在磁场作用下，它可在瞬间内(10毫秒左右)由流动性能良好的牛顿流体变为Bingham半固体，且这种变化连续、可控、可逆。
[0003]磁流变阻尼器使用磁流变液来控制阻尼，是最新的阻尼控制方法之一。磁流变阻尼器除了所需动力源很少以外，还具有性能安全可靠，制造成本较低等优点。目前磁流变阻尼器的应用领域很广泛，比如滚筒洗衣机、汽车以及武器装备等。磁流变阻尼器的原理是通过改变磁极线圈的电流来获得不同强度的磁场，使其工作缸内的磁流变液的流动特性发生变化，从而改变磁流变阻尼器所提供的阻尼力大小。因此，提供一种合适的控制方法是提高磁流变阻尼器性能的关键因素之一。
[0004]对于一个磁流变阻尼器的隔振系统，国内外的学者提出了许多针对磁流变阻尼器的控制策略，主要有恒定加压式、Heaviside函数式、动力逆模型加压式、离散加压式、智能加压式等几种，每种控制策略都有其优点也存在一定的问题。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提供一种基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，其通过辨识振动信号的频率，基于磁流变阻尼器所处的环境，对磁流变阻尼器进行控制；本发明能够有效识别磁流变阻尼器的振动频率、控制简单且可靠。
[0006]为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案:
一种基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，通过使用采样信号频率辨识的方法，辨识磁流变阻尼器的隔振系统的振动信号频率，以控制磁流变阻尼器输出的阻尼大小，使得磁流变阻尼器在高频状态下不输出阻尼，低频状态下输出阻尼。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述隔振系统包括基础板和响应板；磁流变阻尼器置于基础板和响应板之间，且响应板之间通过均布的弹性支撑柱支撑在基础板上方。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述弹性支撑柱包括支座以及钢丝绳弹簧；支座固定安装在基础板上，而钢丝绳弹簧一端安装在支座上，另一端则与响应板连接。
[0009]作为本发明的进一步改进，隔振系统的振动信号包括基础板的振动信号和/或响应板的振动信号；响应板的振动信号、基础板的振动信号同时输入时，先进行差动分析，得到相对振动信号后，再对所得到的相对振动信号进行频率辨识。
[0010]作为本发明的进一步改进，基础板的振动信号由基础板的位移或加速度传感器反馈；响应板的振动信号由响应板的位移或加速度传感器反馈。
[0011]作为本发明的进一步改进，高频状态、低频状态的界限由磁流变阻尼器隔振系统的固有频率来决定。
[0012]根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点:
本发明通过辨识频率的方法来控制磁流变阻尼器，可以有效减小磁流变阻尼器的传递率，并且灵活的改变磁流变阻尼器的阻尼。简化了控制流程，提高了磁流变阻尼器的利用效率和可靠性。
【附图说明】
[0013]图1为磁流变阻尼器隔振模型主视图。
[0014]图2为单自由度隔振模型示意图。
[0015]图3为单自由度隔振系统的传递率-频率比关系曲线。
[0016]图4是本发明所述磁流变阻尼器的第一种控制流程图。
[0017]图5是本发明所述磁流变阻尼器的第二种控制流程图。
[0018]图中:1是响应板，2是钢丝绳弹簧，3是磁流变阻尼器，4是支架，5是基础板。
【具体实施方式】
[0019]以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
[0020]本发明之所以能够通过频率辨识来控制磁流变阻尼器，是基于磁流变阻尼器隔振系统的传递率示意图。磁流变阻尼器隔振系统的主视图如附图1。其中附图1中I是响应板，2是钢丝绳弹簧，3是磁流变阻尼器，4是支架，5是基础板。其中磁流变阻尼器隔振系统的基础板和响应板由完全对称分布的四个支座和四个钢丝绳弹簧连结在一起。磁流变阻尼器被螺丝固定连结在基础板和响应板的正中位置，基础板与振动源完全约束。
[0021]磁流变阻尼器隔振系统的简化模型类似于一个单自由度的隔振模型。图2是单自由度隔振模型示意图，如图所示，I是响应板，质量为，振动为；2是钢丝绳弹簧，刚度为；3是磁流变阻尼器，阻尼为；4是基础板，振动为。磁流变阻尼器固定在基础板和响应板之间，基础振动位移为:
其中分别为基础振动的幅值和角频率。
[0022]建立系统振动微分方程如下:
(I)式I中，一磁流变阻尼器的阻尼系数；一弹簧的动刚度；一响应板的位移。
[0023]则响应板的振动位移为:
(2)式2中，一频率比,其中一系统的固有角频率；一系统的阻尼比；一相位差。
[0024]设备的振动幅值与基础振动幅值比称为振动传递率，可用来衡量所设计的隔振系统的隔振效果，振动传递率越小，隔振效果越好。
[0025](3)由式3可绘制出磁流变阻尼器隔振系统的传递率-频率比关系曲线，附图3为传递率-频率比关系曲线。由附图3显示，当振动频率小于时，传递率大于I，磁流变阻尼器提供阻尼可以减小传递率，使响应板的振幅减小。当振动频率大于时，传递率小于1，磁流变阻尼器不需要提供阻尼，使得响应板的振幅达到最小。由此可以得到公式4:
(4)其中一由振动信号所辨识出频率；一磁流变阻尼器的电流；一磁流变阻尼器隔振系统的固有频率；一以为变量的函数。
[0026]基于这个公式，只需要将振动频率辨识出来，就可以精确地控制磁流变阻尼器所需提供的阻尼。
[0027]
目前，在信号处理领域应用于采样信号频率辨识的方法中，最普遍快速的频率辨识方法是离散傅里叶变换快速算法(FFT)。
[0028]离散傅里叶变换快速算法(FFT)的原理公式如下:
其中表示输入的离散数字信号序列，为旋转因子，为输入序列对应的N个离散频率点的幅度。通过辨识可以得到的最大幅值，由此可以得到最大幅值所对应的k值，对k值进行简单乘法后就能够得到振动主频率。使用离散傅里叶变换快速算法(FFT)可以有效减少运算步骤，快速实时的辨识出振动信号的频率。
[0029]具体而言，如图4所示，其公开了本发明所述磁流变阻尼器的第一种控制方法的流程图。据图可知:首先，分别采集磁流变阻尼器基础板、响应板的振动信号，经过处理后得到基础板、响应板之间的相对振动信号，再对相对振动信号进行频率辨识，确定磁流变阻尼器的电流输出，根据磁流变阻尼器隔振系统的传递率-频率比关系曲线，对磁流变阻尼器输出的阻尼大小进行控制，使得磁流变阻尼器在高频状态下进行被动隔振，低频状态下进行主动隔振。其中:高频状态、低频状态的界限由磁流变阻尼器隔振系统的固有频率来决定。
[0030]如图5所示，公开了本发明所述磁流变阻尼器的第二种控制方法的流程图。据图可知:首先，采集磁流变阻尼器基础板的振动信号，接着对基础板的振动信号进行频率辨识，确定磁流变阻尼器的电流输出，根据磁流变阻尼器隔振系统的传递率-频率比关系曲线，对磁流变阻尼器输出的阻尼大小进行控制，使得磁流变阻尼器在高频状态下进行被动隔振，低频状态下进行主动隔振；最终实现响应板振动信号的调整。
【主权项】
1.一种基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，其特征在于:通过使用采样信号频率辨识的方法，辨识磁流变阻尼器的隔振系统的振动信号频率，以控制磁流变阻尼器输出的阻尼大小，使得磁流变阻尼器在高频状态下进行被动控制，低频状态下进行主动控制。
2.根据权利要求1所述基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，其特征在于，所述隔振系统包括基础板和响应板；磁流变阻尼器置于基础板和响应板之间，且响应板之间通过均布的弹性支撑柱支撑在基础板上方。
3.根据权利要求2所述基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，其特征在于，所述弹性支撑柱包括支座以及钢丝绳弹簧；支座固定安装在基础板上，而钢丝绳弹簧一端安装在支座上，另一端则与响应板连接。
4.根据权利要求2所述基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，其特征在于，隔振系统的振动信号包括基础板的振动信号和/或响应板的振动信号；响应板的振动信号、基础板的振动信号同时输入时，先进行差动分析，得到相对振动信号后，再对所得到的相对振动信号进行频率辨识。
5.根据权利要求4所述基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，其特征在于，基础板的振动信号由基础板的位移或加速度传感器反馈；响应板的振动信号由响应板的位移或加速度传感器反馈。
6.根据权利要求1所述基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，其特征在于，高频状态、低频状态的界限由磁流变阻尼器隔振系统的固有频率来决定。
【专利摘要】本发明公开了一种基于频率辨识的磁流变阻尼器的控制方法，通过使用采样信号频率辨识的方法，辨识磁流变阻尼器的隔振系统的振动信号频率，以控制磁流变阻尼器输出的阻尼大小，使得磁流变阻尼器在高频状态下进行被动隔振，低频状态下进行主动隔振。由此可知：本发明通过辨识磁流变阻尼器隔振系统的振动频率来确定磁流变阻尼器的阻尼，简化了磁流变阻尼器的控制流程，提高了控制的精度和可靠性。
【IPC分类】F16F9-53, G05B13-04
【公开号】CN104565182
【申请号】CN201410845496
【发明人】金超武, 周瑾, 甘杨俊杰, 刘松, 徐园平, 徐龙祥
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月31日