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高冲击载荷下磁流变阻尼器控制系统设计

作　者: 谢鹏飞
导　师: 王炅
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 磁流变阻尼器高冲击载荷控制系统控制算法数字信号处理器
分类号: TB535.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于武器系统发射时会瞬间产生高强度的冲击力,容易造成武器发射时的振动或跳动,影响射击的精确度和稳定性。本文利用磁流变阻尼器结构简单、响应速度快、功耗低、输出阻尼力大等优越性能,尤其是磁流变阻尼器输出阻尼力实时可调特性,设计并研制了一套磁流变阻尼器控制系统,根据火炮发射过程中动态特性的变化实时调节输出阻尼力的大小,实现火炮后坐力和后坐位移的“平台效应”,达到了对火炮发射时的缓冲减振作用。本文的主要研究内容有：(1)设计了适应于火炮发射环境的单杆长行程磁流变阻尼器,并推导了阻尼器的力学公式,分析了阻尼器受力大小与阻尼器模型参数之间的关系。(2)设计和研制了一套磁流变阻尼器缓冲控制系统,包括硬件研制和软件设计。硬件控制系统包括信号提取、信号调理、数字信号处理器采样控制以及电源驱动四个部分；软件控制系统利用数字信号处理器控制器实现了所设计的控制策略。(3)分析了磁流变缓冲控制系统的控制需求,提出了实现后坐阻力和后坐位移“平台效应”的控制目标,并设计了延时控制、模糊自适应控制和模糊PID控制策略。(4)利用火炮发射实验对磁流变缓冲控制系统进行验证,根据实验结果分析了整个系统的动态特性,评价控制策略的优缺点。通过比较各控制策略的阻尼力峰值和平台宽度,得到模糊PID控制策略的效果最优。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 磁流变技术及研究现状  8-9
  1.2 磁流变阻尼器国内外研究现状及控制理论研究  9-11
    1.2.1 磁流变阻尼器国内外研究现状  9-10
    1.2.2 磁流变阻尼器控制理论研究  10-11
  1.3 高冲击载荷下磁流变阻尼器的研究现状  11-12
  1.4 冲击载荷下磁流变阻尼技术主要存在的问题  12-14
    1.4.1 磁流变液的性能要求  12-13
    1.4.2 阻尼器结构设计对磁流变效应的影响  13
    1.4.3 所选用的控制策略能否满足阻尼过程的需求  13-14
  1.5 本文开展的主要工作  14-16
    1.5.1 研究意义  14
    1.5.2 本文的主要研究内容  14-16
2 高冲击载荷下磁流变阻尼器  16-31
  2.1 磁流变阻尼器工作模式  16
  2.2 单杆长行程磁流变阻尼器  16-18
  2.3 磁流变阻尼器抗冲击过程受力分析  18-19
  2.4 磁流变阻尼器的力学公式推导  19-28
    2.4.1 磁流变液的粘性阻尼力和可调库仑阻尼力  20-27
    2.4.2 磁流变液的节流阻力  27-28
    2.4.3 磁流变液的惯性阻力及摩擦力  28
  2.5 阻尼器各模型参数对磁流变阻尼力的影响  28-31
3 火炮缓冲控制系统总体设计  31-35
  3.1 控制系统的需求分析  31-32
  3.2 火炮缓冲系统组成和控制原理  32-33
  3.3 磁流变阻尼器的可控性分析  33-35
4 硬件控制系统设计  35-52
  4.1 硬件控制系统的基本原理  35-36
  4.2 传感器选取  36-37
  4.3 信号调理电路  37-42
    4.3.1 滤波电路  37-41
    4.3.2 减法电路  41-42
    4.3.3 电压保护电路  42
  4.4 DSP控制单元  42-47
    4.4.1 AD采样校正  42-45
    4.4.2 控制算法的实现  45
    4.4.3 PWM波形的输出  45-46
    4.4.4 SCI模块实现数据的在线提取  46-47
  4.5 电源驱动电路  47-52
    4.5.1 开关型稳压电路  47-51
    4.5.2 光耦驱动电路  51-52
5 控制系统软件设计  52-63
  5.1 延时控制策略  52-53
  5.2 模糊自适应控制策略  53-56
    5.2.1 模糊控制器的建立  54-55
    5.2.2 自适应校正  55-56
  5.3 模糊PID控制策略  56-63
    5.3.1 外环PID控制的实现  57-59
    5.3.2 内环PID控制的实现  59-62
    5.3.3 系统功能的软件设计  62-63
6 实验结果分析  63-69
  6.1 固定电流控制的实验分析  63-65
  6.2 延时控制策略的实验分析  65
  6.3 各种控制策略的实验分析  65-67
  6.4 控制策略的动态性能比较与评价  67-68
  6.5 控制算法实现的难易程度  68-69
7 总结和展望  69-71
  7.1 本文的主要工作内容  69-70
  7.2 主要工作创新  70
  7.3 研究展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
作者硕士期间发表论文情况  76

高冲击载荷下磁流变阻尼器控制系统设计

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