论文部分内容阅读
摘 要:本文提出了一种基于Sign函数的磁流变阻尼器的控制器的控制算法。这种控制器用来调节控制电压,使磁流变阻尼器在控制器的作用下输出的阻尼力和期望得到的阻尼力尽可能相等,模拟结果表明基于Sign函数的控制算法要优于基于Heaciside函数的控制算法得到的跟踪性结果。
关键词:磁流变阻尼器 阻尼器的控制器 半主动控制 Sign函数
中图分类号:TP31 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)08(c)-0001-01
磁流变液在外部磁场的作用下,液体的流变性质发生突变,迅速固化而失去流动性,液体的粘度及剪切力明显增大,转变的时间极短,所需能耗低,同时这个过程又是可逆的,在撤去磁场后马上又恢复流动性。磁流变液阻尼器是基于磁流变液体的这种可控特性而设计出来的运用广泛的一类器件。
1 基于磁流变阻尼器的半主动控制系统
磁流变阻尼器的半主动控制系统是由系统控制器和阻尼器的控制器组成。系统控制器根据装置的动态响应得到期望的阻尼力,阻尼器的控制器调节电流驱动器的控制电压,使磁流变阻尼器输出的阻尼力跟踪期望得到的阻尼力。磁流变阻尼器的阻尼力由阻尼器控制器产生的控制电压所控制,控制电压由期望得到的阻尼力所约束,所以预测得到的阻尼力和控制电压是磁流变阻尼器应用的重要两个方面。
下面介绍两种阻尼器控制器的控制算法。
(1)基于Heaviside函数的控制算法。
Heaviside函数的控制方法的描述:根据期望得到的阻尼力和测得的阻尼力来决定控制电压的大小,具体表达式如下:
(1)
式中的和分别是期望得到的和控制(测得)阻尼力;是Heaviside阶函数;是磁流变阻尼器的磁场达到饱和时电流驱动器需要提供的最大电压。
(2)基于Sign函数的控制算法。
Sign函数控制算法的具体表达式如下:
(2)
;(3)
;(4)
式中是signum函数;是逻辑符号AND;、和同(1)式中的意义相同;和是整数;是数值很小的常数;是对时间的导数。
2 基于sign函数控制算法和基于Heaviside函数控制算法仿真结果比较
用Simulink模拟基于Heaviside函数的控制方法,算法控制对象是磁流变阻尼器,给定磁流变阻尼器的输入位移、期望得到的力。
运行Simulink仿真程序,得到期望的阻尼力()和控制得到的阻尼力()之间的关系(如图1)。由图可以看出,在给定的是标准的正弦波形,最理想的效果是和的波形相同,但是由于算法有所不足,不能完全跟踪。
下面要对基于Sign函数控制算法进行Simulink仿真,控制的对象同样是磁流变阻尼器,给定磁流变阻尼器的输入位移、期望得到的力,。运行Simulink仿真程序,得到期望的阻尼力()和控制得到的阻尼力()之间的关系(如图2)。从图中可以看出和的跟踪能力有了相对改善。
3 二种控制方法仿真结果分析比较
通过上述二种控制算法的Simulink模拟仿真,现在对仿真结果进行比较分析。首先从力的跟踪能力从图中可以很直观的看到基于Sign函数控制算法的控制效果优于基于Heaviside函数控制算法的控制效果。
参考文献
[1] B. F. Spencer, S. J. Dyke, M. Sain,Magnetorheological dampers: a new approach to seismic protection of structures, Decision and Control, Proceedings of the 35th IEEE,Vol. 1, pp.676～681,1996.
[2] W. H. Liao and D. H. Wang. Semiactive Vibration Control of Train Suspension Systems via Magnetorheological Dampers, Journal of Intelligent Material Systems and Structures,Vol.14, pp.161～172,2003.
关键词:磁流变阻尼器 阻尼器的控制器 半主动控制 Sign函数
中图分类号:TP31 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)08(c)-0001-01
磁流变液在外部磁场的作用下,液体的流变性质发生突变,迅速固化而失去流动性,液体的粘度及剪切力明显增大,转变的时间极短,所需能耗低,同时这个过程又是可逆的,在撤去磁场后马上又恢复流动性。磁流变液阻尼器是基于磁流变液体的这种可控特性而设计出来的运用广泛的一类器件。
1 基于磁流变阻尼器的半主动控制系统
磁流变阻尼器的半主动控制系统是由系统控制器和阻尼器的控制器组成。系统控制器根据装置的动态响应得到期望的阻尼力,阻尼器的控制器调节电流驱动器的控制电压,使磁流变阻尼器输出的阻尼力跟踪期望得到的阻尼力。磁流变阻尼器的阻尼力由阻尼器控制器产生的控制电压所控制,控制电压由期望得到的阻尼力所约束,所以预测得到的阻尼力和控制电压是磁流变阻尼器应用的重要两个方面。
下面介绍两种阻尼器控制器的控制算法。
(1)基于Heaviside函数的控制算法。
Heaviside函数的控制方法的描述:根据期望得到的阻尼力和测得的阻尼力来决定控制电压的大小,具体表达式如下:
(1)
式中的和分别是期望得到的和控制(测得)阻尼力;是Heaviside阶函数;是磁流变阻尼器的磁场达到饱和时电流驱动器需要提供的最大电压。
(2)基于Sign函数的控制算法。
Sign函数控制算法的具体表达式如下:
(2)
;(3)
;(4)
式中是signum函数;是逻辑符号AND;、和同(1)式中的意义相同;和是整数;是数值很小的常数;是对时间的导数。
2 基于sign函数控制算法和基于Heaviside函数控制算法仿真结果比较
用Simulink模拟基于Heaviside函数的控制方法,算法控制对象是磁流变阻尼器,给定磁流变阻尼器的输入位移、期望得到的力。
运行Simulink仿真程序,得到期望的阻尼力()和控制得到的阻尼力()之间的关系(如图1)。由图可以看出,在给定的是标准的正弦波形,最理想的效果是和的波形相同,但是由于算法有所不足,不能完全跟踪。
下面要对基于Sign函数控制算法进行Simulink仿真,控制的对象同样是磁流变阻尼器,给定磁流变阻尼器的输入位移、期望得到的力,。运行Simulink仿真程序,得到期望的阻尼力()和控制得到的阻尼力()之间的关系(如图2)。从图中可以看出和的跟踪能力有了相对改善。
3 二种控制方法仿真结果分析比较
通过上述二种控制算法的Simulink模拟仿真,现在对仿真结果进行比较分析。首先从力的跟踪能力从图中可以很直观的看到基于Sign函数控制算法的控制效果优于基于Heaviside函数控制算法的控制效果。
参考文献
[1] B. F. Spencer, S. J. Dyke, M. Sain,Magnetorheological dampers: a new approach to seismic protection of structures, Decision and Control, Proceedings of the 35th IEEE,Vol. 1, pp.676～681,1996.
[2] W. H. Liao and D. H. Wang. Semiactive Vibration Control of Train Suspension Systems via Magnetorheological Dampers, Journal of Intelligent Material Systems and Structures,Vol.14, pp.161～172,2003.