强鹭升 王均山 陈 超 王福飞

南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京，210016

0 引言

磁流变液(magnetorheological fluid，MRF)是一种新型智能流体材料[1]。典型的MRF由软磁颗粒、载液和添加剂三部分组成[2]，在磁场作用下它能以毫秒级速度由牛顿流体转为类固体；而撤出磁场时，MRF立即恢复成液体状态，并且这种转变是可逆的[3]。因其优良性能，MRF被广泛应用于传动装置[4-5]、振动控制[6-9]等领域，尤其适用于构造结构动力学系统中的阻尼调节单元。然而，MRF固有的零场阻尼在系统无需施加控制时依然存在，对系统能量进行耗散而影响总控制效能。例如，在高旋转飞行器的鸭舵速度调控领域[10]，其舵翼姿态控制是依靠舵机回路的阻尼控制与气动诱导力矩平衡来实现的，采用MRF构造回路中的阻尼调节单元是其重要方案之一，但存在可观的零场阻尼却在无需控制时段影响舵机的自由旋转，额外消耗系统角动量。因此，基于MRF的结构系统的零场阻尼研究有理论和工程意义。

在阻尼调节单元，MRF作为智能流体添加到磁流变液阻尼器(magnetorheological fluid damper，MRD)中。MRD具有反应快速、功耗低、阻尼力连续可调等优异性能，是一种应用前景良好的半主动作动装置[11]，针对不同的应用环境，它大致可分为直线式和旋转式两大类。直线式MRD研究较早，其结构、力学模型和性能测试日趋成熟[11-14]，但在机器人力矩反馈装置[15]、传动装置和舵机控制方面，研究旋转式MRD依然具有重要意义。目前，根据阻尼元件形状，旋转式MRD又可分为盘式和圆筒式两种。……