磁流变测量系统的控制滞后与动态响应

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.001

中国机械工程 ›› 2022, Vol. 33 ›› Issue (17): 2017-2023.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.001

磁流变测量系统的控制滞后与动态响应

吕靖成;危银涛;邬明宇;何俊祥;梁冠群;尹航

清华大学车辆与运载学院，北京，100084

出版日期:2022-09-10 发布日期:2022-09-23
通讯作者: 危银涛（通信作者），男，1971年生，教授、博士研究生导师。研究方向为橡胶、智能材料和结构、力学。发表论文100余篇。E-mail：weiyt@tsinghua.edu.cn。
作者简介:吕靖成，男，1997年生，博士研究生。研究方向为磁流变材料、流变学、摩擦学。E-mail：lvjc19@mails.tsinghua.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金（51761135124，11672148，52003142，51775293）；汽车安全与节能国家重点实验室基金（20191）；清华大学Z05专项基金（20194180043）

Hysteresis and Dynamic Response of Magnetorheological Measuring Systems

LYU Jingcheng;WEI Yintao;WU Mingyu;HE Junxiang;LIANG Guanqun;YIN Hang

School of Vehicle and Mobility，Tsinghua University，Beijing，100084

Online:2022-09-10 Published:2022-09-23

摘要/Abstract

摘要： 磁流变系统的控制效果依赖于系统建模，因此对滞后与动态响应特性的建模尤为重要。通过分析磁流变系统受控制信号激励时各部分的滞后，得到了系统研究各部分动态行为的方法；通过施加直流加交流的激励，测试与研究了磁流变测量系统的动态响应特性。结果表明，无偏置简谐电流激励下电流-剪切应力关系为蝶形曲线，经分析可知其由响应滞后所致，而曲线光滑的上下沿分别由滞后和系统的非线性导致。最后，通过引入滞后时间较好地描述了各种情况下电流与剪切应力间的动态响应关系，其值为23.1 ms。

关键词: 动态响应, 磁流变, 测量, 滞后

Abstract: The control effectiveness of magnetorheological systems depended on the modeling， which was crucial for modeling hysteresis and dynamic response characteristics. By analyzing the hysteresis of each part of the magnetorheological systems excited by a control signal， the method of systematically studying the dynamic behavior of parts was known. By applying the excitation of DC and AC， dynamic response characteristics of the magnetorheological measuring systems were tested and studied. The results show that the current-shear stress relationship under the excitation of the unbiased harmonic current is a butterfly curve， which is caused by the response hysteresis， and the smooths upper and lower edges of the curve are caused by the hysteresis and the nonlinearity of the system， respectively. Finally， the hysteresis time is introduced to better describe the dynamic response relationship between currents and shear stresses in various situations， and the value is as 23.1 ms.

Key words: dynamic response, magnetorheology, measurement, hysteresis

中图分类号:

吕靖成, 危银涛, 邬明宇, 何俊祥, 梁冠群, 尹航. 磁流变测量系统的控制滞后与动态响应[J]. 中国机械工程, 2022, 33(17): 2017-2023.

LYU Jingcheng, WEI Yintao, WU Mingyu, HE Junxiang, LIANG Guanqun, YIN Hang. Hysteresis and Dynamic Response of Magnetorheological Measuring Systems[J]. China Mechanical Engineering, 2022, 33(17): 2017-2023.

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cmemo.org.cn/CN/10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.001

https://www.cmemo.org.cn/CN/Y2022/V33/I17/2017

参考文献

［1］RABINOW J. The Magnetic Fluid Clutch［J］. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers， 1948， 67（2）：1308-1315.
［2］NEELAKANTAN V A， WASHINGTON G N. Modeling and Reduction of Centrifuging in Magnetorheological（MR） Transmission Clutches for Automotive Applications［J］. Journal of Intelligent Material Systems & Structures， 2005， 16（9）：703-711.
［3］SUKHWANI V K， HIRANI H. A Comparative Study of Magnetorheological Fluid Brake and Magnetorheological Grease Brake［J］. Tribology Online， 2008， 3（1）：31-35.
［4］郭安薪，李惠，欧进萍，等. 广畅国际大厦磁流变和粘滞阻尼器抗震分析［J］. 世界地震工程， 2003， 19（4）：45-50.
GUO Anxin， LI Hui， OU Jinping， et al. Aseismic Analysis of Guangchang International Center with the MR and Viscous Dampers［J］. World Earthquake Engineering， 2003， 19（4）：45-50.
［5］DU Y C， LIN J W. Magnetorheological Fluid Particle Impact Damper：WO 2021143245［P］. 2021-07-22.
［6］WANG C L， MIAO G Y， CHEN Y F， et al. Magnetic Control Material-based， Magnetorheological， Pilot Operated Safety Valve for Hydraulic Support， and Use Therefor：AU 20200334595［P］. 2021-09-16.
［7］李钢，杜成斌. 磁流变阻尼器密封机制研究［J］. 机械设计与制造， 2011（7）：78-80.
LI Gang， DU Chengbin. Study of Sealing Mechanism of a Magneto-rheological Damper［J］. Machinery Design & Manufacture， 2011（7）：78-80.
［8］KIM B C， CHUNG J H， CHO M W， et al. Magnetorheological Fluid Polishing Using an Electromagnet with Straight Pole-piece for Improving Material Removal Rate［J］. Journal of Mechanical Science and Technology， 2018， 32（7）：3345-3350.
［9］GODASZ J. Insight into Magnetorheological Shock Absorbers［M］. Berlin：Springer International Publishing， 2015.
［10］塞吉奥，查尔斯，克里斯蒂亚诺，等. 车辆半主动悬架控制设计［M］. 危银涛，彭志召，译. 北京：清华大学出版社， 2019：71-134.
SEIGIO M S， CHARLES P-V， CRISTIANO S， et al. Semi-active Suspension Control Design for Vehicles［M］. WEI Yintao， PENG Zhizhao， Trans.. Beijing：Tsinghua University Press， 2019：71-134.
［11］YOON D S， KIM G W， CHOI S B. Response Time of Magnetorheological Dampers to Current Inputs in a Semi-active Suspension System：Modeling， Control and Sensitivity Analysis［J］. Mechanical Systems and Signal Processing， 2021， 146：106999.
［12］QIN Y， ZHAO F， WANG Z， GU L， et al. Comprehensive Analysis for Influence of Controllable Damper Time Delay on Semi-active Suspension Control Strategies［J］. Journal of Vibration and Acoustics， 2017， 139（3）：1006-1-12.
［13］WANG L X， KAMATH H. Modelling Hysteretic Behaviour in Magnetorheological Fluids and Dampers Using Phase-transition Theory［J］. Smart Materials and Structures， 2006， 15（6）：1725-1733.
［14］CHOI S B， HAN Y M. Hysteretic Behavior of a Magnetorheological Fluid：Experimental Identification［J］. Acta Mechanica， 2005， 180（1）：37-47.
［15］KOO J H， GONCALVES F D， AHMADIAN M. Investigation of the Response Time of Magnetorheological Fluid Dampers［C］∥Smart Structures and Materials 2004：Damping and Isolation. San Diego， 2004：63-71.
［16］李川. 磁流变减振器的时滞与控制［D］. 重庆：重庆大学， 2010.
LI Chuan. The Research of Magnetorheological Dampers Time Delay and Control［D］. Chongqing：Chongqing University， 2010. ［17］卡姆普曲克 V W，勒斯 E. 铁氧体磁芯［M］. 冯怀涵，沈执良，池玉清，译. 北京：科学出版社， 1986：218-221.
KAMPCZYK V W， ROB E. Ferritkerne［M］. FENG Huaihan， SHEN Zhiliang， CHI Yuqing， Trans.. Beijing：Science Press， 1986：218-221.
［18］赵如如. 偏磁场与开气隙对磁性材料干扰抑制特性影响的研究［D］. 南京：东南大学， 2012.
ZHAO Ruru. Study on Interference Suppression Characteristics of Magnetic Material under Bias Magnetic Field and Air Gapped Conditions［D］. Nanjing：Southeast University， 2012.
［19］刘永明. 新编实用电工手册［M］. 北京：冶金工业出版社， 1997.
LIU Yongming. New Practical Electricians Handbook［M］. Beijing：Metallurgical Industry Press， 1997.
［20］张忠仕，汪伟，陈文，等. 线圈阻抗、磁心阻抗及材料的标准化阻抗［J］. 磁性材料及器件， 2010， 41（5）：73-75.
ZHANG Zhongshi， WANG Wei， CHEN Wen， et al. Coil Impedance， Magnetic Core Impedance and Standardized Impedance of Materials［J］. Journal of Magnetic Materials and Devices， 2010， 41（5）：73-75.
［21］HANS M L， CLAUS G. Measurement Modes of the Response Time of a Magnetorheological Fluid（MRF）for Changing Magnetic Flux Density［J］. Rheologica Acta， 2007， 46（5）：665-676.

[1]	赵金涛, 王帮峰, 牟常伟, 宁素娟. 波纹式结构柔性蒙皮拉伸变形与应变研究 [J]. J4, 201016, 21(16): 1959-1963.
[2]	任加琪, 许四祥, 董宾卉, 汤澳, 宋昱宸. 基于轻量化高分辨率网络的双目视觉定位与测量[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 201-208.
[3]	吴洪臣, 陈晓荣, 李柏杨. 多线程半全局立体匹配工件内部检测方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(11): 2783-2791.
[4]	李润祥, 杨宇恒, 蒙晨琛, 纪跃波. 一种压电换能器等效电路参数的实时测量方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(10): 2322-2328.
[5]	李姗姗, 孙兴伟, 杨恒, 乔赫廷. 磁流变液环境下密封副非线性磨损行为研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 1968-1979.
[6]	沈文华, 王西彬, 钱泳豪, 刘志兵, 宋慈. 深孔零件轴线直线度误差的在线测量与评定技术研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 2011-2021.
[7]	李海涛, 徐曙磊, 王雅雯, 白晓宾, 荆晓宁. 基于外部实物标准的激光跟踪仪基站标定原理及方法研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(08): 1875-1882.
[8]	杨继森1, 2, 3, 袁俊松1, 3, 修府1, 3, 刘嘉诚1, 3, 张小龙1, 3. 多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 889-897.
[9]	姜冬磊1, 赵强强1, 吴腾飞1, 马嘉2, 贾康1, 洪军1. 数模融合驱动的大型可展开天线精度调控研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 898-910.
[10]	段伯伟1, 王东城1, 2, 徐扬欢1, 刘宏民1. 冷轧带材多通道板形并行预报方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(03): 558-569.
[11]	孟林园1, 秦泗吉1, 赵金志1, 唐子超1, 纪晓宇2. 考虑压边间隙的电控永磁压边方法及有限元分析[J]. 中国机械工程, 2024, 35(12): 2169-2176，2210.
[12]	李国龙1, 肖扬1, 李喆裕1, 徐凯2, 张薇1. 数控机床旋转轴多自由度静/热误差同步测量与建模[J]. 中国机械工程, 2024, 35(08): 1426-1434.
[13]	郭丰泽, 杨博, 戎志祥, 杨俊曼, 冯熠硕. 基于位敏传感器的对中监测系统[J]. 中国机械工程, 2024, 35(08): 1509-1519.
[14]	王东方1, 蒋诚1, 龚博悦2, 李文龙1. 航空导向器三维测点处理与喉道面积精确计算[J]. 中国机械工程, 2024, 35(07): 1263-1268.
[15]	丁涛1, 2, 吴浩1, 2, 朱大虎1, 2. 异常点云干扰下的车身构件鲁棒性配准方法[J]. 中国机械工程, 2024, 35(06): 1074-1085.

磁流变测量系统的控制滞后与动态响应

Hysteresis and Dynamic Response of Magnetorheological Measuring Systems

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics