新型磁流變阻尼器與六軸半主動隔振系統(tǒng)研究.pdf

1、各種車輛、艦船和飛行器等載體上安裝的精密儀器設備在運行過程中始終受到振動載荷的干擾，這會影響儀器設備的工作性能，甚至造成失效而發(fā)生嚴重事故。實踐證明，由振動載荷引起的共振是造成運動載體上儀器設備失效的主要原因。因此，本文以精密儀器設備的多軸隔振問題作為研究重點，提出合適的磁流變阻尼器，設計合理的隔振平臺結構，采用適當?shù)陌胫鲃涌刂撇呗?，實現(xiàn)負載質(zhì)量的六軸隔振，減少振動載荷對儀器設備正常工作的影響。
　　針對現(xiàn)有磁流變阻尼器結構尺寸和

2、重量都較大的缺點，提出了一種新型結構的磁流變阻尼器。此新型阻尼器結構簡單，尺寸緊湊，同時有較大的行程。阻尼器零件材料的靈活選擇，有利于降低阻尼器的重量。在完成新型阻尼器分析的基礎上，研制出的首個新型阻尼器原型完全達到了結構緊湊、重量輕的設計要求。實驗測試結果表明，新型阻尼器工作平穩(wěn)，具有典型的磁流變阻尼器特性，而且與現(xiàn)有磁流變阻尼器相比，具有更大的動態(tài)范圍。
　　由于新型磁流變阻尼器節(jié)流通道內(nèi)的流場具有獨特的速度邊界條件，本文以磁

3、流變液的Herschel-Bulkley本構模型為基礎，從流體基本方程出發(fā)，推導了環(huán)形節(jié)流通道內(nèi)的磁流變液流場方程，最終得到了阻尼器結構參數(shù)與阻尼力關系的方程組?；诤侠砑僭O，研究了平板節(jié)流通道內(nèi)，使用磁流變液Bingham本構模型的流場方程和阻尼力計算方程組。經(jīng)無量綱化，得到了阻尼力的簡化計算公式，并且公式計算結果與測試結果基本符合。針對新型阻尼器動態(tài)測試過程中存在的去程和回程阻尼力顯著不同的特點，提出了一種改進的非對稱雙曲正切模型，

4、該模型能夠精確描述新型阻尼器的阻尼力-位移和阻尼力-速度曲線。
　　為了滿足六軸隔振平臺在六個方向上同時隔振，并且隔振特性基本相同的要求，提出了使用新型磁流變阻尼器作為半主動控制元件，以立方結構Stewart平臺為基礎的六軸隔振平臺。建立了包含新型磁流變阻尼器的平臺多體動力學模型，研究了平臺在固定電流下六個方向的被動隔振特性。仿真結果表明，此六軸半主動隔振平臺在兩水平軸的平移和轉(zhuǎn)動等四個方向上具有相似的隔振特性，類似兩自由度被動隔

5、振系統(tǒng)；在垂直軸的平移和轉(zhuǎn)動等兩個方向上的隔振特性則類似于單自由度被動隔振系統(tǒng)。增大磁流變阻尼器的電流，可以更好抑制平臺在共振區(qū)的幅值放大，但是會造成高頻區(qū)的隔振效果下降。
　　在對采用磁流變阻尼器的半主動隔振系統(tǒng)特性分析基礎上，提出了三種半主動控制策略：等效天棚阻尼控制，等效天棚阻尼模糊控制和加速度反饋模糊控制等，并使用簡單隔振系統(tǒng)對控制策略的正確性和有效性進行了驗證。六軸隔振平臺半主動控制的仿真結果表明，使用新型磁流變阻尼器作

6、為半主動控制元件，采用三種半主動控制策略，可以顯著降低傳遞率曲線在共振區(qū)的放大，而且在高頻區(qū)的隔振效果同樣良好，接近零電流時的傳遞率曲線。
　　以改進后新型磁流變阻尼器為核心，完成了六軸半主動隔振平臺的結構設計與研制。設計制作了用于阻尼器功率驅(qū)動的六路電源?；诳焖倏刂圃图夹g，建立了平臺半主動實時控制系統(tǒng)，配合垂直和水平方向平臺激勵與測試系統(tǒng)，完成了隔振性能的測試。沿平臺垂直軸和兩水平軸平移方向的隔振性能測試結果表明，此半主動隔