用于磁流变阻尼器的电流控制器

　　１　引　　言

　　磁流变（ＭＲ）阻尼器是一种基于磁流变液的智能控制装置，它可以通过调节外加磁场的大小实现阻尼力变化［１］。磁流变阻尼器的优良可控性能，使得它的应用非常广泛，例如滚筒洗衣机和康复机的应用［２］，车辆悬架系统的减振［３］，斜拉索的振动控制［４－７］，以及大型土木工程结构的抗震［８］等。磁流变液是一种新型相变材料，它是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁磁性体混合而成的悬浮体。由相变理论认为，在无磁场时，弥散在母液中的悬浮颗粒为随机状态，其迁徙和转动受热波动影响，即铁颗粒自由随液体运动。当施加磁场时，受热波动和场强两方面影响，这些悬浮的微粒铁颗粒被相互吸引，形成一串串链式结构从磁场一级到另一级［９］。此时，磁流变液体在ｍｓ级瞬间由牛顿流体变成塑性体或有一定屈服剪应力的粘弹性体，磁流变铁颗粒在零磁场与强磁场下的状态，如图１所示。

　　可用宾汉姆（Ｂｉｎｇ－ｈａｍ）流体塑性模型有效地描述磁流变液体的上述性质，如式（１）所示：

　　τ＝τｙ（ｆｉｅｌｄ）ｓｇｎ（γ·）＋ηγ·（１）

　　式中：γ·＝流体剪应变率；η＝和磁场强度无关的液体屈服后黏度（实测屈服后剪应力的斜率）；τｙｆｉｅｌｄ）＝磁流变液的屈服剪应力，它是磁场强度的非线性函数［９］。而电流控制器在磁流变液体的应用中起着调节磁场的作用，所以设计一种连续可调、精度高、响应速度快的电流控制器对于阻尼器的控制至关重要。

　　线圈中的电流一般由２种方式产生，分别是电压驱动和电流驱动。电压驱动器的弊端是线圈电阻在长时间电流励磁下，阻值随温度升高而变化，在输入电压不变的情况下，线圈中电流值会发生变化，而阻尼力是与线圈中电流相关，所以在相同电压励磁下会因为每次电压励磁线圈工作时间长短不同，而造成线圈中电流值的不同。另外一点是恒压源的动态响应较恒流源慢，而工程实践常常要求阻尼器的阻尼力可以在很短时间内对控制对象进行响应，所以选择动态响应快的输入控制方式可以保障系统对于结构在第一时间得到控制。采用电流控制方式可以有效解决上述２个问题。

　　国内的专家学者对于磁流变阻尼器的控制器部分做了很多研究。文献［１０］利用德州仪器公司生产的ＴＭＳ３２０Ｆ２４０数字信号处理芯片作为控制系统的核心，开为阻尼器的控制器。文献［１１］以德州仪器芯片中的ＤＲＶ１０３为核心设计的可控电流放大器，文献［１２－１３］以德州仪器生产的ＴＬ４９４芯片为核心进行压控电流源的设计，上述