磁流变弹性体主动式自调谐吸振器控制系统的研究

　　动力吸振器作为一种常用的减振设备，按是否有源可以分为: 主动式，半主动( 或者自调谐) 式，被动式。

　　主动式吸振器主要有电磁式［1］和压电式［2］等。主动式吸振器由于其主动元件工艺相对成熟以及普遍良好的减振效果，研究和应用广泛。文献［1］中设计了一种船用柴油机减振的电磁式主动吸振器，并为其设计了基于 MLMS 的自适应控制率。文献［2］中设计了以压电陶瓷作动器为主动元件的主动式吸振器，并设计了主动力控制程序。然而主动式吸振器能耗大，结构复杂，影响实际应用。

　　自调谐吸振器的刚度实时可变，以此来满足激励频率变化时的减振需求，其主要有机械式［3 －4］，智能材料式［6 －8］，电磁式［9］等。磁流变材料由于其力学特性可由外加磁场连续调节、响应快( ms 量级) 、可逆性好等优点［5］，可以作为自调谐吸振器的弹簧元件，近年来研究广泛。文献［6］中设计了剪切式磁流变弹性体自调谐吸振器，该吸振器通过改变贯穿磁流变弹性体元件的磁场大小来调整吸振器的固有频率，并设计了遗传控制算法［7］，但是寻优时间接近 2 min。文献［8］中设计了一种拉压式的磁流变弹性体吸振器，并为其设计了类似于天棚阻尼的控制策略。但是这类吸振器由于其阻尼较大，导致减振效果不佳。

　　自调谐吸振器与主动式吸振器的结合逐渐被关注。文献［10］对基于磁流变弹性体的主动吸振器原理及所需主动力进行了理论分析，结果表明同普通主动式吸振器相比，该类型吸振器所需主动力将大大减小。但其没有完整的控制系统，缺乏实验研究。文献［11］中设计了一种刚度和阻尼都实时可调的吸振器，它的弹性单元采用两条弹性梁制成，改变梁中点的跨距即可调整吸振器的固有频率，主动力采用压电元件来提供，并设计了一种模糊控制策略对其刚度和主动力实施联合控制。实验结果表明该器械能够取得很好的减振效果。但其数据采集由 NI 公司的数据采集卡( DAQ) 完成，控制程序在 PC 机上运行，其控制系统成本较高，且没有独立的控制器。文献［12］中设计了一种基于磁流变弹性体的主动式自调谐吸振器，该吸振器是磁流变弹性体自调谐吸振器与主动式吸振器的结合，但其控制算法只进行吸振器频率的查表法粗调，且主动力控制增益固定，导致控制精度和稳定性较差，减振效果有限。本文根据该吸振器的自身特点，进行相应的控制系统的研究，提出了一种变步长寻优与反馈控制相结合的控制算法，设计了以 TMS320F2812DSP为核心的控制器。控制算法精度较高，寻优时间短; 控制器能够独立运行，成本低。并利用该控制系统进行了该吸振器的减振控制实验研究。