磁流变液控制系统驱动控制方法研究(3)
线圈、活塞前后杆、磁流变液腔、活塞缸体以及磁流变液组成。通过调节励磁电
流的大小可以调节励磁线圈周围的磁场强度，从而同时改变阻尼通道内磁场强
度，通过磁流变效应最终达到调节阻尼器提供阻尼力的目的[4]
。磁流变阻尼器具
有结构简单、能耗低、提供阻尼力大、响应速度快、阻尼力可调范围宽的优点。
磁流变阻尼器主要有三种工作模式如图 1.2 所示：流动模式、剪切模式、挤压模
式。特定的磁流变阻尼器可能涉及到一种或几种模式[5~7]
。 （1）流动模式(Poiseuille 流动)，又称压差模式。是指当磁流变液在外部压
力作用下通过磁极时，磁流变液的流动方向垂直于磁场方向，通过改变磁场使磁
流变液的流动性能发生变化，以控制磁流变器件的阻尼力。
（2）剪切模式(Couette 流动)。是指当磁流变液在可移动磁极的作用下通过
磁场时，外加磁场经过极板垂直作用于两极板之间的磁流变液，使磁流变液的流
动性能发生变化，使得移动磁极所受的阻力发生变化。
（3） 挤压模式。是指磁极的运动方向平行于外加磁场的方向，磁流变液受
极板的挤压向四周流动，磁流变液的流动方向垂直于磁场方向。在磁场的作用下
磁流变液的流动性能发生变化，使得磁极运动时所受的阻尼力发生变化。
磁流变阻尼器的结构类型很多，对不同的应用场合有不同的结构，通常根据
阻尼通道的形式可以分为阻尼通道位于工作缸内(内置式)和工作缸外(旁路式)两
大类[8]
。按照活塞杆和缸筒的数目来分单杆单缸[9]
、单杆双缸、双杆单缸三种。 单杆单缸:这是最常见的一种结构，这种阻尼器只有一个缸用来容纳磁流变
液，如图1.3。从图中可以看到单杆单缸式的在无活塞杆端装有补偿器，其目的
是为了弥补由于活塞杆来回运动所造成的体积差，如果没有补偿器，活塞杆将由
于“流动锁紧”而无法进入缸体。补偿器中所充气体一般为惰性气体，例如氮气，
压力一般介于1 MPa到2.5 MPa。
磁流变阻尼器的励磁线圈[10]
主要有两种缠绕方式，即绕于缸体上(简称外绕
式)，和绕于活塞上(简称内绕式)。当励磁线圈绕于活塞外时，磁流变阻尼器中
的大部分磁力线平行于磁流变液的流动方向。当励磁线圈绕于活塞内时，磁流变
阻尼器中的磁场分布如图 1.4所示，活塞杆充当励磁线圈的磁芯，大部分磁力线
垂直于磁流变液的流动方向，磁力线通过缸体、阻尼通道和活塞杆构成封闭磁路。
根据一些实验结果表明，在所用阻尼器几何尺寸和线圈匝数完全相同，注入
相同体积同类型号的磁流变液，在相同电流作用下，线圈内绕式磁流变阻尼器要
1.4 磁流变液控制系统控制方法
目前比较常见的控制方法有双态控制策略，PID控制策略，模糊逻辑控制策
略[14]。双态控制[14]
是指磁流变缓冲器的控制电流在零与线圈中所允许的最大控制
电流两种状态之间相互转换，从而使阻尼力在最大值和最小值之间切换，这种控
制方法是由 Kamagata 和 Kobori 于 1994 年提出的。双态控制策略具有最好的位
移控制和压力峰值抑制作用，但是其电流只能在“ON”状态和“OFF”状态之
间调节，因此不能发挥电流连续可调的优越性，给控制系统带来扰动。
PID调节[15]
叫作：比例、积分、微分调节，它的原理是通过比例积分微分（指
对输入、输出偏差的作用）调节器，控制输出信号符合设定值。比例作用决定着