MR阻尼器对斜拉索振动控制效果的仿真分析

采用基于速度与位移方向的半主动控制算法,用拉索振动方程的差分离散模型对斜拉索与MR阻尼器组成的系统进行面内振动响应的分析。MR阻尼器力学关系选用Spencer现象模型,以斜拉索的位移时程响应的作为减振效果的评价指标。分别分析了拉索在无控、主动、被动及半主动状态下的位移响应,并建立了对应于MATLAB程序的SIMULINK仿真模型。仿真分析结果表明,基于位移和速度方向的半主动控制算法简单有效,并且能取得良好的减振效果,优于被动控制。当MR阻尼器作为被动控制即其输入电压维持在某一特定值时,仍然具有相当于最优被动控制下的最佳制振能力。     

MR阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索振动控制的计算模型。通过改进形函数,采用四阶五级RK算法对钱江三桥南岸154 m长的斜拉索进行了现场试验的数值仿真。磁流变(MR)阻尼器力学关系采用由室内试验结果回归的非线性滞回双粘性数学模型,系统等效阻尼比通过希尔伯特变换识别。分析表明:数值仿真对现场试验具有很好的指导作用,同时能进一步验证现场试验的结果。MR阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显,与最优油阻尼器控制效果相当且控制的频域范围要比油阻尼器的广;当供电失效时也可满足斜拉索减振的要求。斜拉索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后略微增大。MR阻尼器在施加一合适的电压时可以发挥最佳的制振效果。     

基于健康监测数据的斜拉索阻尼器减振效果评估

健康监测系统可以有效监测大跨度斜拉桥整体和局部响应,保障大桥有效运营与维护。端部安装阻尼器则是一种常用的拉索振动控制措施。为了评价更换阻尼器对某斜拉桥拉索的减振控制效果,本文基于健康监测系统测得的数据,研究了阻尼器对拉索振动的控制机理,分析了更换阻尼器前后的拉索振动响应,并识别了更换阻尼器前后拉索的模态阻尼比。研究结果表明,更换阻尼器后,拉索的振动响应幅值显著减小,模态阻尼比得到了一定程度提高。     

斜拉桥斜拉索减振的试验研究

采用比例模型和油阻尼器，对斜拉桥中采用油阻尼器的斜拉索的减振问题进行了试验研究。通过一系列自由振劝试验，测量了由于油阻尼器增加的索模态阻尼比，讨论了增加的模态阻尼比与阻尼器阻尼系数之间的关系。对斜拉索－－油阻尼器系统进行了谐和平面激励，考察了系统的线性和非线性动力特性。自由振动试验证实了理论预测，即当达到最大模态阻尼比时，阻尼器存在一个最佳阻尼值。自由振动试验也证明了理论结果，即由于频率避让，索垂     

曲线桥梁弯扭耦合减震半主动控制分析

理论研究与震害经验表明,地震时曲线桥梁会产生弯扭耦合振动。为了减少弯扭耦合的地震反应,提出了利用压电摩擦阻尼器进行曲线桥梁地震反应半主动控制的方法,建立曲线桥梁空间有限元模型,在桥台支座部位设置半主动控制阻尼器,在不同地震波入射角情况下分析了半主动控制算法的减震效果。结果表明,半主动控制界限Hrovat最优控制算法能有效地减小曲线桥梁地震反应,其控制效果优于简单Bang-bang控制算法,而始终提供最大阻尼力的被动控制方法会增大桥梁地震反应,并不是被动控制阻尼力越大越好。     

斜拉索磁流变智能阻尼控制系统分析与设计

在结构主动、半主动和智能控制系统优化设计方法的基础上,研究了斜拉索磁流变智能阻尼控制系统的设计方法,并采用所建立的设计方法完成了山东滨州黄河公路大桥斜拉索磁流变智能阻尼减振系统的优化设计。采用限界HROVAT最优控制算法确定磁流变阻尼器的半主动控制力,数值计算了斜拉索磁流变阻尼控制系统的风振反应。进一步分析比较了主动控制、半主动控制、Passive-on被动控制和Passive-off被动控制策略下的磁流变阻尼器控制斜拉索风致振动的控制效果,验证了磁流变阻尼器优化设计方法的正确性和磁流变阻尼器控制策略的有效性。     

斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术研究

采用数值仿真和现场试验对磁流变阻尼器的减振性能进行了研究。数值仿真计算评估了磁流变阻尼器安装高度、外部激励、阻尼器输入电压等参数对拉索系统模态阻尼比的影响 ,结果表明磁流变阻尼器具有良好的阻尼可调特性 ,调节阻尼器的输入电压可以获得拉索系统的最佳模态阻尼比 ;现场试验表明 ,安装该阻尼器后 ,拉索系统的模态阻尼比提高 3～ 6倍 ,并存在一优化电压 ,在该电压下模态阻尼比达到最大 ;实际风雨振时的现场观测结果显示 ,磁流变阻尼器具有很好的减振效果 ;拉索磁流变阻尼器减振技术已在岳阳洞庭湖大桥全桥实施 ,解决了该桥的风雨振问题     

磁流变阻尼器在洪山大桥拉索减振中的应用

介绍了一种新型磁流变(MR)阻尼器--永磁调节装配式磁流变阻尼器在长沙洪山大桥拉索减振的应用及试验研究情况,得到了安装阻尼器前后拉索的动力特性,结果表明这种新型磁流变阻尼器能有效地提高拉索的模态阻尼比,抑制拉索的大幅振动.由于该阻尼器无需供电,装配简单,维修方便,与其他的磁流变阻尼器相比,具有较高的推广应用价值.     

应用油阻尼器的斜拉索实索减振试验研究

应用一种国产油阻尼器进行了斜拉索实索减振试验研究。通过自由振动衰减曲线计算得到了拉索-油阻尼器系统前3阶模态的对数衰减率值。试验结果表明拉索的内阻尼很小,对数衰减率均值小于0.005,频率值则与理论计算值很接近。安装油阻尼器后拉索前3阶模态的对数衰减率均值达到了0.03以上,表明油阻尼器可有效抑制拉索的振动,拉索的频率在安装阻尼器后稍有增大。试验实测得到连接油阻尼器后拉索的对数衰减率值要小于理论计算值,导致这一差异的原因是由于阻尼器支架连接刚度、阻尼器连接件空隙的影响。因此,必须对拉索减振工程中阻尼器支架和连接件的设计安装予以重视。     

隔振系统对斜拉索振动的控制研究

风雨激励下斜拉索的振动对斜拉桥会造成严重的影响,在外部附加阻尼器是一种用来抑制较短斜拉索振动的有效手段。然而,对于较长斜拉索,出于美观要求,阻尼器需要设置在斜拉索的底部,附加阻尼器难以发挥作用。提出一种新的斜拉索隔振系统来减轻斜拉索的振动。隔振系统由隔层橡胶垫块和1个内置阻尼器组成,可安装在斜拉索的锚固端。用具有初应变的单元来表征斜拉索,建立了一个简单的斜拉索-阻尼器系统分析模型,通过计算得到隔振系统下斜拉索的响应,并与设置、未设置外部被动阻尼器时的斜拉索进行了比较。对比显示,提出的斜拉索隔振系统比最优状况下的被动阻尼器减振效果要好,具有更广泛的适用性。     

Semi-active H∞ control of high-speed railway vehicle suspension with magnetorheological dampers

In this paper, semi-active H∞ control with magnetorheological (MR) dampers for railway vehicle suspension systems to improve the lateral ride quality is investigated. The proposed semi-active controller is composed of a H∞ controller as the system controller and an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) inverse MR damper model as the damper controller. First, a 17-degree-of-freedom model for a full-scale railway vehicle is developed and the random track irregularities are modelled. Then a modified Bouc–Wen model is built to characterise the forward dynamic characteristics of the MR damper and an inverse MR damper model is built with the ANFIS technique. Furthermore, a H∞ controller composed of a yaw motion controller and a rolling pendulum motion (lateral motion+roll motion) controller is established. By integrating the H∞ controller with the ANFIS inverse model, a semi-active H∞ controller for the railway vehicle is finally proposed. Simulation results indicate that the proposed semi-active suspension system possesses better attenuation ability for the vibrations of the car body than the passive suspension system.     

半主动悬架的滑模变结构控制

针对带有电流变液智能阻尼器的半主动汽车悬架模型,运用滑模变结构方法设计了半主动悬架滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面系数,用指数趋近率改善滑模运动段的动态品质并进一步确定了半主动悬架的实时控制阻尼力。对多种激励信号下隔振质量的响应及半主动悬架系统在系统参数摄动下的鲁棒特性进行了仿真分析。结果表明:变结构控制下半主动悬架系统的隔振效果要远好于最优被动系统,而且对外界扰动有一定的适应性,对系统参数摄动也具有很强的鲁棒性。     

Hardware-in-the-loop simulation experiment for semi-active vibration control of lateral vibrations of railway vehicle by magneto-rheological fluid damper

The active lateral suspension (ALS) of a train consists of either active or semi-active technologies. However, such an active system on a real railway vehicle is not easy to test because of cost and time. In this study, a hardware-in-the-loop simulation (HILS) system is developed to test the ALS. To this end, the dynamic model of a railway vehicle is equipped with the actuator, two bogies and four-wheel sets, and the ALS is used. The proposed HILS system consists of an alternating current servo motor connected to a ball-screw mechanism and a digital control system. The digital control system implements the dynamic model and the control algorithm. The design and manufacture of the HILS system are explained in detail. Both the passive damper and the magneto-rheological (MR) fluid damper are tested using the HILS system, where the sky-hook control algorithm was applied for the MR fluid damper. Experimental results show that the proposed HILS system can be effectively used for the performance estimation of the ALS.     

Inverse neuro-fuzzy MR damper model and its application in vibration control of vehicle suspension system

In this paper, a magneto-rheological (MR) damper-based semi-active controller for vehicle suspension is developed. This system consists of a linear quadratic Gauss (LQG) controller as the system controller and an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) inverse model as the damper controller. First, a modified Bouc–Wen model is proposed to characterise the forward dynamic characteristics of the MR damper based on the experimental data. Then, an inverse MR damper model is built using ANFIS technique to determine the input current so as to gain the desired damping force. Finally, a quarter-car suspension model together with the MR damper is set up, and a semi-active controller composed of the LQG controller and the ANFIS inverse model is designed. Simulation results demonstrate that the desired force can be accurately tracked using the ANFIS technique and the semi-active controller can achieve competitive performance as that of active suspension.     

基于ILMI算法的车辆半主动悬架静态输出反馈控制

针对采用磁流变阻尼器的1/4汽车半主动悬架模型进行振动控制分析。利用迭代线性矩阵不等式(ILMI)算法在输出反馈控制中的求解优势,提出基于ILMI算法的半主动悬架静态输出反馈控制方法。仿真结果表明,结合合适的控制算法,采用磁流变阻尼器的半主动悬架系统有效地改善了汽车驾驶平顺性和乘坐舒适性。     

基于微分几何理论的汽车半主动悬架非线性振动控制

针对汽车悬架系统的非线性特性,采用1／4汽车二自由度悬架模型分析半主动悬架控制。应用微分几何理论得到输出-干扰解耦方法,再经适当的坐标变换将该模型由非线性系统简化成一线性系统,并对此系统进行最优控制,然后通过非线性状态反馈实现对原系统的半主动控制。与被动悬架的仿真结果进行了比较,表明这种针对具有非线性特征的半主动悬架的非线性控制方法是可行的。通过功率谱分析,控制后系统的能量比被动悬架更趋于平均,悬架动态性能更稳定。     

基于半主动自适应悬架系统的整车道路友好性研究

为了提高车辆的道路友好性与平顺性,设计了以磁流变减振器为控制对象的整车自适应模糊控制半主动悬架系统。在试验测试和理论分析的基础上,建立了基于磁流变减振器的整车半主动悬架模型及其状态方程,并用该模型对自适应模糊控制方法进行了研究。模型的输入采用B级和C级路面谱;道路友好性评价指标采用动载荷系数和动载荷应力因子;使用MATLAB/Simulink建立基于2个自适应模块的模糊控制器控制系统,模糊控制器的输入均采用车身与车桥的相对速度和相对加速度。仿真结果表明:与被动悬架相比,在B级和C级路面、不同速度下,半主动自适应悬架动载荷系数均降低30%左右,动载荷应力因子均降低40%以上,同时也提高了车辆的运行平顺性和稳定性。     

Control system synthesis of seat suspensions used for protection of working machine operators

This paper deals with a novel approach to the control system synthesis of semi-active and active seat suspensions. An original control strategy is discussed in order to increase the effectiveness of vibration isolators used for protection of working machines operators. As an example of the proposed control system design, the suspension systems with a magneto-rheological damper and a pneumatic spring are investigated using a laboratory experimental set-up with seated humans.