2013年第9期
仅表技术与传赢器
InstrumentTechnique
andSenson
磁流变阻尼器智能控制器研制与试验分析
刘涛"，郭迎庆，陈勇，徐赵东2
（1.南京林业大学机械电子工程学院，江苏南京210037;2.东南大学土木工程学院，江苏南京210096）
2013 No.9
摘要：磁流变阻尼器是一种智能减振装置，可通过改变其励磁线图中的控制电流以实现对其阻尼力的实时控制。文中针对其这一特点，研制了一种集信息采集系统和控制系航为一体的磁流变限尼器智能控制器。该控制器实现了对被控系统加速度的实时采集和基于脉宽调制技术的磁流变阻尼器控制电流的实时控制。试验分析表明：该智能控制器能准确
采集被控系统的实时加速度，并能根据采集到的加速度值确定磁流变阻尼器的控制电流，且精度较高。关键调：磁流变阻尼器；智能控制器；脉宽调制
中图分类号：TP342
文献标识码：A
文章编号：10021841(2013)09002103
DesignandExperimentAnalysisofIntelligentControllerforMRDampers
LIU Tao',GUO Ying-Qing’,CHEN Yong’,XU Zhao-Dong”
(1, Mechanical and Electronic Engineering College,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037 ,china
2. School of Civil Engineering,Southeast University,Nanjing 210096)
Abstract; Magnetorheological damper( MRD)is a kind of intelligent vibration mitigation device,whose damping forces can b controlled by adjusting control currents of the MRD's coils. This paper developed an intelligent controller of MRD, integrating the infomation collection system and the control system, The intelligent controller can collect the real-time acceleration responses of the system and produce the real-time control currents of MRD based on pulse width modulation ( PWM). The experimental analysis shows that the intelligent controller of MRD can accurately collect the real-time acceleration responses of the system, and decide the reasonable control currents of MRD by using the acceleration responses.
Key words ; magnetorheological dampers( MRD) ;intelligent controller; pulse width modulation( PWM)
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引言
磁流变液是1948年由Rabinow发明的一种可控流体(]，是智能材料中研究较为活跃的一支。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切届服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此是一种用途广泛、性能优良的智能材料。用磁流变液制作的减振阻尼器具有功耗低、响应速度快、结构简单，阻尼力连续可调等特点，已应用在桥架、建筑、汽车等领域。磁流变阻尼器的阻尼力变化是通过改变线通中的电流以获得磁场强度的变化，从而使液体的粘度发生变化，最终得到所需要的阻尼力。美国 Lord公司、率托罗拉公司等都设计并制作了关于磁流变阻尼器在汽车等领域的智能控制器[2]。刘泽西设计了用于磁流变阻尼器的可控电流放大器(3]。南京理工大学、重庆大学等设计了磁流变阻尼器的电流驱动器，但用于建筑结构磁流变阻尼器的控制器的相关研究很少。
文中根据磁流变阻尼器通过电流来控制阻尼力的原理，结合磁流变阻尼器的力学模型，设计了一种基于脉宽调制技术的磁流变阻尼器智能控制器，该智能控制器具有信息采集、信号处理、控制信号输出为一体的优点，而且简单、易于实现、成本
资助项目：国家自然科学基金项目(6100406）：国家NSAF联合基金项目
（11176008）：江苏省科技支撑计划项目（BE2010069）。收稿日期：201210=25收修改稿日期：2013=0620
低、便于现场调试、可满足磁流变阻尼器的应用需求。
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磁流变阻尼器力学模型
磁流变阻尼器是应用磁流变液在强磁场下的快速可逆流
变特性面制造的减探控制装置，而描述磁流变液性能的Bing ham模型[]是磁流变阻尼器常采用的力学模型之一，其应力和应变关系为：
t+ ( - )us*→=±
(1)
式中：T为磁流变液的剪应力；为剪切应变速率；T，为由磁场引起的剪切属服应力t"为流体的动力粘度；sgn（·）为符号函数。
剪切屈服应力，和控制电流|之间的关系式"为：
T, =A,e + A,ln(I +e) + A,I
(2)
式中;A,=-11374,A,=14580,4，=1281分别为与磁流变液性能相关的系数;e为自然常数。
磁流变阻尼器智能控制器研制 2
2.1研制思路
基于Bingham模型，由式(2)可知剪切届服应力r，与电流 I密切相关，所以控制电流是设计磁流变阻尼器智能控制器的关键。
工程应用中，常需通过调整电流改变剪切届服应力T，，进而改变结构的振动特性。根据加速度传感器实时采集受控系统的加速度值，经单片机中控制算法的处理，输出对应不同占空比PWM脉冲波形，如图1所示。图1中V.为PWM的高电