磁流变液阻尼器温度补偿控制研究

祁伟然 朱炜

（南京理工大学发射动力学研究所 江苏省南京市 210094）

磁性颗粒、稳定剂和基载液组成了磁流变液它是一种稳定悬浮液[1‐4]。磁流变液这种新型智能材料可以根据外界磁场的变化改变自身磁性颗粒的排列顺序从而宏观上变现为剪切屈服强度的变化。由于磁流变液这种良好的可控性能使得它在军工、建筑、车辆、机械等领域应用前景广阔[5‐8]。

磁流变液阻尼器的功能是将外界机械能转化为自身热能从而达到减振目的[9‐10]。内部线圈产生的焦耳热也会导致温度升高，实践表明温度升高会导致阻尼器输出力降低，因此研究磁流变液阻尼器温度特性以及温升建模有重要工程实践意义。

1 磁流变液阻尼器结构及工作原理

磁流变液阻尼器内部的磁流变液可以根据激励磁场改变自己的剪切强度从而改变阻尼器阻尼特性，是一种新型智能材料制作的智能阻尼器[11‐13]。

图1所示为磁流变液阻尼器，其组成部分有活塞、工作缸、活塞上缠绕的励磁线圈以及空心活塞杆。内部充满磁流变液，线圈通电后产生磁场可以使得磁流变液剪切强度增加，阻尼器输出阻尼力从而增加，磁场的变化可以在毫秒级别改变阻尼力的特性。

本文建立的模型可以用于磁流变液阻尼器模型和期望控制力实时估计磁流变液阻尼器控制电流的方法[14]达到温度补偿的效果。线性差分方法[15]来计算实时控制电流。

2 磁流变液阻尼器温度特性试验

对磁流变液阻尼器使用硅胶加热垫来控制其温度，使用w+b力学性能试验机试验，电流源产生控制电流进行20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃情况下施加0A、0.2A、0.4A、0.6A、0.8A、1.0A、1.2A、1.4A、1.6A、1.8A、2.0A 电流工况下进行试验测试实验数据，用来建立考虑温度参数的模型。

试验用仪器如图2。

对阻尼器施以振幅5mm，频率1Hz 的正弦激励，可得试验数据如图3‐图10。

从图3‐图10 中可以发现，相同电流下磁流变液阻尼器阻尼力随温度的升高逐渐降低，且降低幅度减小。随电流增大阻尼力衰减率减小，这是因为阻尼力由粘滞阻尼力和库伦阻尼力组成而粘滞阻尼力受温度影响程度大，库伦阻尼力受温度影响程度小。电流变大库伦阻尼力变大。

3 阻尼器力学模型

磁通过分析试验结果，可知磁流变阻尼器的阻尼特性较好，但是其力学性能表现出了较为明显的非线性和滞回性，在分析以及运用半主动控制方式时，采用合适的动力学模型有利于保证控制策略能的准确可靠。对于磁流变阻尼器的力学模型Bouc‐Wen 模型能较好描述阻尼器在低速区的非线性滞回特性和耗能性能，所以本文使用此模型进行建模。Bouc‐Wen 模型图如图11所示。

数学表达式如下：

使用matlab 编程调用遗传算法对实验数据进行参数识别。参数拟合结果为：

其中n=2，x0=0

将模型仿真结果与实验数据进行对比验证结果如图12、图13。

4 总结

（1）相同电流下磁流变液阻尼器阻尼力随温度的升高逐渐降低，且降低幅度减小。随电流增大阻尼力衰减率减小，这是因为阻尼力由粘滞阻尼力和库伦阻尼力组成而粘滞阻尼力受温度影响程度大，库伦阻尼力受温度影响程度小。

（2）本文试验研究了磁流变阻尼器不同温度下额力学性能并使用实验数据进行建模，建立了考虑温度参数的力学模型，并且仿真验证了模型的准确性。

（3）由以上结论可知，要保证阻尼器在工作过程中的减振效果，需要对阻尼器进行一定的温度补偿控制，本文研究了磁流变液阻尼器温度特性，并且建立了考虑温度参数的力学模型，根据该模型可以对磁流变液阻尼器温度变化引起的阻尼力衰减进行补偿设计补偿控制算法。