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新型磁流变阻尼器结构设计和控制性能研究

作　者: 杨哲
导　师: 王炅
学　校: 南京理工大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 磁流变阻尼器 优化设计 磁场分析 响应时间 控制算法 单片机仿真
分类号: TB535.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


火炮反后坐装置是连接炮身和炮架的一种缓冲装置,本文把磁流变阻尼器应用在火炮反后坐装置中,构成半主动控制系统。利用磁流变阻尼器阻尼力连续可调的特点,可以根据需要来改变火炮的后坐阻力,来适应不同的工况。由于串联式阻尼器控制灵活性低,无法在最小耗能的情况下达到最佳的减振效果,课题设计了新型并联式磁流变减振器,并对其磁场分布、响应时间和控制算法进行了分析。本文的主要研究内容包括：(1)以Bingham模型为基础,建立了阻尼器的动态数学模型。在模型的基础上确立了新型阻尼器的设计方法和设计流程,提出了多目标优化设计的概念和优化目标,对重要的磁场参数进行了拟合,确定了优化变量和优化目标,设计了新型阻尼器。(2)根据并联式磁流变阻尼器的工作特点,在ANSYS中建立了阻尼器电磁场分析模型,并分析了各种电流加载情况下阻尼通道内的磁场分布情况。对分析结果进行了分析,总结出不同电流加载下,各级有效长度场的磁场和电流的对应公式。(3)建立了级联独立式阻尼器各级线圈的磁场响应模型,并通过实验确定了模型参数。由于新型阻尼器要求响应迅速,建立了能加快响应时间的超前校正电路。通过在MATLAB和PROTUES中的分析和模拟,验证了校正电路的正确性。(4)在MATLAB中建立了反后坐装置的控制系统模型,以此为基础建立了以初始速度为作用载荷的等效模型,并在PROTUES中设计了模型的等效硬件电路。分别采用了PI控制和模糊控制两种方法来验证控制方法的可行性和等效硬件电路的正确性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-13
  1.1 磁流变液以及磁流变阻尼器简介  7-8
    1.1.1 磁流变液和磁流变效应  7
    1.1.2 磁流变阻尼器  7-8
  1.2 磁流变阻尼器的研究和应用现状  8-10
    1.2.1 磁流变阻尼器在振动控制中的应用研究  8-9
    1.2.2 磁流变阻尼器在冲击载荷下的应用研究  9-10
  1.3 课题的背景和研究意义  10-12
  1.4 本文的主要工作内容  12-13
2 新型磁流变阻尼器力学建模和优化设计  13-28
  2.1 磁流变阻尼器本构模型的选择  13-14
  2.2 磁流变阻尼器阻力学模型推导  14-18
  2.3 新型磁流变阻尼器优化设计  18-27
    2.3.1 结构设计  18-19
    2.3.2 磁路设计  19-20
    2.3.3 磁场参数的选取  20-23
    2.3.4 B-H曲线拟合  23
    2.3.5 优化设计  23-27
  2.4 本章小结  27-28
3 新型磁流变阻尼器磁场分布分析  28-39
  3.1 阻尼器电磁仿真模型的建立  28-30
  3.2 仿真结果定性分析  30-33
  3.3 仿真结果定量分析  33-37
    3.3.1 第1级线圈加载时磁感应分布规律分析  33-35
    3.3.2 第2级线圈加载时磁感应分布规律分析  35-37
    3.3.3 第3、4级线圈加载时磁感应分布规律分析  37
  3.4 阻尼通道内磁场分布情况  37-38
  3.5 本章小结  38-39
4 磁流变阻尼器磁场响应时间分析和校正电路设计  39-48
  4.1 引言  39
  4.2 响应时间  39-41
    4.2.1 阻尼器电流和磁场响应时间分析  39-40
    4.2.2 响应时间的传递函数  40-41
  4.3 超前校正电路的设计  41-45
    4.3.1 校正电路的设计  41-42
    4.3.2 确定传递函数和校正电路参数  42-45
  4.4 磁场响应模型仿真  45-47
  4.5 结论  47-48
5 磁流变阻尼器控制系统的设计与仿真  48-66
  5.1 控制系统框图的建立  48-50
  5.2 磁流变阻尼器的控制算法  50-56
    5.2.1 PID控制算法  51-52
    5.2.2 模糊控制  52-56
  5.3 控制系统的等效硬件电路设计和仿真  56-61
    5.3.1 控制系统硬件电路仿真的意义  56
    5.3.2 冲击过程的等效建模  56-58
    5.3.3 硬件电路仿真模型的建立  58-61
  5.4 仿真结果对比  61-65
  5.5 本章小结  65-66
6 总结和展望  66-68
  6.1 文章主要工作内容  66
  6.2 主要工作创新  66-67
  6.3 研究展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
附录  73

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 振动、噪声及其控制 > 振动和噪声的控制及其利用 > 隔振、减振材料与结构
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