基于Modelica的磁流变制动器多领域统一建模及控制优化

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磁流变制动器(Magnetorheological Fluid Brake,简称MR brake)是基于新型材料磁流变液(Magnetorheological Fluids)而发明的新型制动器。磁流变液在受到外界磁场作用时,可以由牛顿流体状态转化为Bingham塑性体状态,且响应迅速,变化连续、可逆。由于通过改变励磁线圈的电流,即可改变施加的磁场从而控制制动力矩,故磁流变制动器可以很好的和车辆的线控系统进行契合。随着汽车电子控制技术的发展,相对于传统的液压机械制动器,磁流变制动器结构简单,控制方便,响应迅速,具有十分良好的发展前景。  传统的单领域仿真分析方法与工具在构建多领域模型时,通常是将各个领域分别进行建模,然后进行集成,这会导致模型系统的耦合性差,从而造成仿真的精度和效率不高等问题,难以胜任复杂机电系统的统一设计分析的要求。本文首次使用多领域统一建模的方法,对磁流变制动器这种典型复杂机电系统进行多领域统一建模与仿真,并在多领域统一模型的基础上,使用响应面法对控制参数进行了优化,克服了采用工具集成的方法所带来的问题,具有创新性。  本文将汽车的防抱死系统(ABS)与单盘式磁流变制动器相结合,采用多领域统一建模的方法,构建出其多领域统一模型,并对其进行了性能仿真和设计参数优化。在优化工作的过程中,确定了设计变量和优化目标之间的隐式函数关系,然后运用响应面法对目标函数进行了构建,最后在MWorks软件平台对优化模型进行了优化。本文的主要工作如下:  (1)阐述了磁流变液及磁流变器件的发展和现状,对传统机械制动器的特点以及制动性能指标进行了阐述,对多领域统一建模方法和优化设计进行了综述。  (2)对磁流变液的多个方面进行了深入分析,从微观上分析了其流变机理,推导出了磁流变液的本构模型,并对其基本工作模式进行了说明。  (3)基于MWorks平台,对磁流变制动器机械、电子、流体、控制、磁场等领域进行建模,然后整合各领域模型构建了多领域统一模型。  (4)通过制动力矩模型仿真对影响制动力矩的主要参数进行了分析,并与之前工作的实验台数据进行了对比,验证了模型的准确性。  (5)采用响应面法,解决了隐式函数优化的模型构建问题,得出了控制参数与制动距离之间的显式函数关系,并进行了优化求解。优化后的控制参数代入模型进行联合仿真,分析了磁流变制动器的制动性能,结果表明制动距离满足国家标准。  (6)总结了本文所做的以上工作,指出了工作中需要进一步改进的方面,并展望了今后研究的方向。
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