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原文传递磁流变阻尼器力学建模及半主动悬架振动控制研究

论文题名：	磁流变阻尼器力学建模及半主动悬架振动控制研究
关键词：	汽车悬架系统;磁流变阻尼器;力学性能;参数化模型;模糊控制
摘要：	汽车悬架系统性能的优劣直接影响汽车的乘坐舒适性和运行安全性能。半主动悬架具有结构简单、能耗少、制造成本低等特点，其动态特性可以通过电参数来改变及控制，能够明显改善车辆的减振效果，因而受到了广泛的关注。磁流变阻尼器（MagnetorheologicalDamper，MRD）是一种智能半主动控制装置，具有快速响应、低功耗、易于控制、结构简单和失效安全性等优点，在土木结构、汽车、轨道车辆的应用成为目前研究的热点。基于磁流变阻尼器的半主动悬架系统可根据路面的工况实时调节阻尼力，提高汽车乘坐的舒适性。　　由于磁流变阻尼器的非线性滞回特性，其力-速度响应的动力学特性不易精确建模。优良的控制策略可以提升汽车半主动悬架的减振性能。针对磁流变半主动悬架的精确建模和智能控制策略研究已成为国内外学者关注的重点。鉴于此，本文拟以磁流变阻尼器为研究对象，围绕其力学建模及半主动悬架控制策略进行了研究，主要内容包括：：　　1.针对一种挤压式磁流变阻尼器进行了力学性能测试，提出了一种基于反正切函数的参数化模型。该模型不但能够精确的描述挤压式阻尼器的非线性滞回特性，而且具有参数少、结构简单、物理意义明确的特点。采用改进的差分进化算法进行力学模型的参数辨识，避免了传统算法易陷入局部极值的缺陷，为建立准确的力学模型奠定了基础。　　2.为了提高汽车悬架系统的减振性能，针对一种双出杆结构的剪切阀式磁流变阻尼器，在对其力学性能进行试验研究的基础上，提出了一种改进的Tan-sigmoid参数化模型，不同工况下的模型仿真结果与试验测量响应吻合良好，表明了建立的模型可准确描述剪切阀式MR阻尼器的非线性滞回特性。为更好地揭示该模型的优越性，将其与现有的Bouc-Wen模型及Polynomial模型进行阻尼力误差比较，结果表明该模型具有精度高、结构简洁、参数较少的特点，为设计更加有效的半主动悬架控制策略奠定了基础。　　3.设计了一种基于修正因子的模糊控制策略对磁流变阻尼器的输入电流进行有效控制，以使悬架系统获得更好的控制性能。在随机路面激励下进行悬架控制仿真试验，结果表明改进模糊控制器的减振效果优于模糊控制器和被动悬架，且对于随机路面激励具有更好的适应性。　　此外，设计了一种基于混合遗传算法的变论域模糊PID控制策略。采用混合遗传算法对模糊PID控制器的控制参数进行寻优，并添加伸缩因子对控制器的模糊论域进行动态调整，从而实现对控制器的最优设计，提高了控制精度。在随机路面激励下进行仿真评估，通过与被动控制、模糊PID控制的半主动悬架系统的性能指标进行比较，验证了该控制策略的有效性。　　4.搭建二自由度磁流变半主动悬架系统试验平台，进行了磁流变半主动悬架控制试验及其效果评估，试验结果表明，基于提出的控制算法的磁流变悬架能够改善车辆在随机路面激励下的动态性能，具有较好的实用价值。
作者：	孟凡许
专业：	机械设计及理论
导师：	周瑾
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2020