基于改进Bingham模型建模及参数辨识方法、系统、设备及介质

本发明涉及磁流变悬置领域，具体涉及基于改进bingham模型建模及参数辨识的方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、表征磁流变悬置的一个本质特征是在不同磁场作用下悬置的应力随应变变化关系，而该特征可以通过磁流变悬置力学模型定量地表现出来。

2、现有技术中，herschel-bulkley模型来描述磁流变阻尼器转矩与应变率之间的关系，herschel-bulkley模型用于推导出含流动惯性的磁流变缓冲器力学模型，rational-bingham模型利用最小二乘法对模型参数进行了辨识并验证了模型精度，改进的双粘性磁流变液本构模型能够很好地描述减振器的外部性能，改进的bouc-wen模型验证了改进后的模型在拟合精度和参数辨识效率上有所提升，改进的herschel-bulkley模型应用于剪切式磁流变阻尼器中，改进后的bingham力学模型验证了改进后的模型较改进前拟合精度得到了大幅度的提升。

3、现有技术表明，经典力学模型在表达磁流变液流变特性时，存在一定的不足，如bingham模型虽结构简单，但拟合精度不高；herschel-bulkley模型虽拟合精度有所提升，但为三变量模型，计算比较复杂；而其它典型力学模型也存在类似的不足。虽改进修正后的力学模型拟合精度得到了提高，但由于磁流变悬置自身复杂的流变机理，目前还没统一、精确的力学模型描述其性能，这也导致参数化模型的建模方法较为复杂。

技术实现思路

1、针对上述现有的技术缺陷，本发明通过对适用性最强且最为经典的bingham模型进行改进，基于多场耦合仿真结果，对改进bingham模型中的主要参数进行辨识，并结合有限元仿真结果，评估改进后的bingham模型预测悬置输出阻尼力的能力。

2、根据本发明说明书的一方面，提供一种基于改进bingham模型建模及参数辨识方法，包括以下步骤：

3、根据磁流变悬置多场耦合仿真和悬置动特性试验，在bingham模型中引入弹簧模型，得到改进后的bingham模型；

4、应用最小二乘法对改进后的bingham模型进行参数辨识；

5、根据参数辨识后的bingham模型进行磁流变悬置输出阻尼力的预测，以验证改进后的bingham模型。

6、作为进一步的技术方案，所述方法还包括：在对经典bingham模型进行改进前，对所设计的悬置结构磁路进行电磁仿真分析，并将分析结果导入进悬置流固耦合分析中得到磁流变悬置多场耦合仿真结果。

7、作为进一步的技术方案，所述对所设计的磁路进行电磁仿真分析还包括：电磁仿真在maxwell软件中完成，根据最大设计工作电流绘制了磁力线和磁感应强度的分布图，根据磁流变液数据，通过多项式拟合确定剪切屈服应力、磁流变液粘度与磁感应强度之间的联系，公式如下：

8、τ＝1.09-58.37b+878.68b2-987.21b3

9、bz

10、η＝η0+0.02-1.14b+17.2b2-19.4b3

11、式中，τbz为磁流变液剪切屈服应力，b为磁感应强度，η为不同磁场下的磁流变液粘度，η0为磁流变液零场粘度。

12、作为进一步的技术方案，所述将基于改进bingham模型进行磁流变悬置力学建模还包括：对多场耦合仿真模型进行不同频率、不同电流下的动刚度仿真得到力-位移曲线，通过导出力-位移曲线来绘制出不同状态下的滞回曲线，根据不同状态下的滞回曲线计算出不同频率及不同电流下的动刚度。

13、作为进一步的技术方案，所述悬置动特性试验还包括：将悬置结构的磁流变悬置加工、装配后进行试验，在激振频率固定的情况下，通入直流电流并测取悬置动刚度试验数据。

14、作为进一步的技术方案，所述应用最小二乘法对改进后的bingham模型参数进行辨识还包括：

15、当悬置振幅为x0，做频率为f的简谐运动，其位移和速度如下：

16、x＝x0sin(2πft)

17、

18、此时，根据上式，磁流变悬置会产生一个支反力fmr：

19、

20、式中，为仿真数据，(fi,cω,kω)为待辨识参数，基于仿真数据，通过最小二乘法进行求解分析，可获得改进bingham模型的各项参数值。

21、基于多场耦合仿真模型，对悬置进行不同电流、不同频率下的动特性仿真分析，进而确定悬置的力-位移和力-速度的之间变化关系，为参数辨识提供有效的仿真数据，运用matlab中的参数估计器对改进bingham模型中待辨识参数进行辨识。

22、作为进一步的方案，所述根据参数辨识后的bingham模型进行磁流变悬置输出阻尼力的预测，还包括：根据磁流变悬置辨识后的改进bingham模型公式，在simulink中建立一个力学仿真模型，对力学仿真模型进行不同频率和电流下的仿真分析。再将其与多场耦合模型仿真值和bingham模型拟合值进行对比，以验证该模型的有效性及准确性。

23、根据本说明书的一方面，提供一种基于改进bingham模型的建模及参数辨识系统，包括：

24、模型建立模块，根据磁流变悬置多场耦合仿真和悬置动特性试验，在bingham模型中引入弹簧模型，得到改进后的bingham模型；

25、参数辨识模块，应用最小二乘法对改进后的bingham模型进行参数辨识；

26、结果预测模块，根据参数辨识后的bingham模型进行磁流变悬置输出阻尼力的预测，以验证改进后的bingham模型。

27、根据本发明说明书的一方面，提供一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；所述存储器存储有被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行所述的方法。

28、根据本发明说明书的一方面，提供一种非暂态计算机读存储介质，所述非暂态计算机读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行所述的方法。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

30、(1)bingham力学模型可以简单描述磁流变阻尼器的力学特性，但对于含有橡胶主簧的磁流变悬置难以描述准确。通过对bingham力学模型进行改进，并基于悬置多场耦合仿真，对比改进前后模型拟合效果，结果发现，改进后的bingham模型可以很好的描述磁流变悬置的力学特性。

31、(2)通过最小二乘法对改进bingham模型进行参数辨识，发现磁流变悬置的可控阻尼力随电流增大而增大，在1a时磁流变液逐渐趋于饱和状态；等效刚度随频率增大而增大；等效粘度阻尼随外加频率的增大而呈现指数型降低，此特征与悬置仿真和试验表现出的性能特征相符，证明了该辨识方法的有效性。

32、(3)改进后的bingham模型相较于其它参数模型，具有结构简单，变量少，参数辨识快，拟合精度高等优点，为磁流变悬置开展性能优化设计、控制系统搭建、控制方法研究提供参考依据。