柔性浮筏系統(tǒng)的磁懸浮主動(dòng)隔振理論與控制技術(shù)研究.pdf

1、艦船聲隱身性能的好壞對(duì)我國(guó)國(guó)防安全具有極其重要的意義。隔振技術(shù)能夠有效的抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量傳遞,成為潛艇減振降噪的關(guān)鍵技術(shù)。隔振分為主動(dòng)隔振和被動(dòng)隔振兩種形式。被動(dòng)隔振由其自身所限,對(duì)低頻干擾隔振能力差,特別是對(duì)系統(tǒng)諧振頻率附近的干擾信號(hào)還有放大作用。主動(dòng)隔振可以根據(jù)設(shè)定的控制規(guī)律動(dòng)態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)的支承特性參數(shù),滿足被動(dòng)隔振無(wú)法實(shí)現(xiàn)的低頻及諧振頻率附近的隔振降噪的需要。因此,充分利用主被動(dòng)隔振技術(shù)的優(yōu)勢(shì),研究主被動(dòng)結(jié)合的隔振技術(shù)成為當(dāng)今研

2、究的熱點(diǎn)。而采用磁懸浮支承技術(shù)的磁懸浮隔振器,具有無(wú)接觸、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快和電磁力及支承參數(shù)(剛度,阻尼等)隨控制參數(shù)的變化可控可調(diào)的特點(diǎn),是一種較理想的主動(dòng)隔振器。將磁懸浮隔振器應(yīng)用于傳統(tǒng)的被動(dòng)隔振系統(tǒng)(如單層、雙層及浮筏系統(tǒng))中,能有效彌補(bǔ)被動(dòng)隔振系統(tǒng)低頻及諧振區(qū)隔振性能的不足,具有重要的研究意義。
　　 首先,采用功率流作為隔振評(píng)價(jià)指標(biāo),從兩個(gè)自由度和多個(gè)自由度隔振系統(tǒng)出發(fā),分別建立了兩類隔振系統(tǒng)模型,分析了被動(dòng)隔振系統(tǒng)參數(shù)

3、對(duì)隔振性能的影響。研究表明在其它結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下,隔振器的剛度和阻尼參數(shù)是影響隔振性能的主要參數(shù)。而磁懸浮隔振器能通過(guò)調(diào)節(jié)電磁力的大小,使其支承剛度和阻尼在線可控可調(diào),因此磁懸浮隔振器在隔振系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)明顯。
　　 建立了磁懸浮隔振器的數(shù)學(xué)模型,選擇適當(dāng)?shù)膮?shù),設(shè)計(jì)了磁懸浮隔振器。根據(jù)實(shí)際工況,考慮銜鐵和E型磁鐵的鐵磁材料的磁飽和、漏磁、磁場(chǎng)耦合等因素,建立了磁懸浮隔振系統(tǒng)的三維靜態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型,計(jì)算了電磁場(chǎng)分布。在此

4、基礎(chǔ)上,選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)點(diǎn),采用三通道高斯計(jì)對(duì)磁懸浮隔振器的磁場(chǎng)分布進(jìn)鋟測(cè)量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性。對(duì)磁懸浮隔振器的靜動(dòng)電磁力進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,靜態(tài)電磁力利用最小二乘法進(jìn)行擬合,進(jìn)而對(duì)理論電磁力公式參數(shù)進(jìn)行修正,得到了實(shí)際的磁懸浮隔振器靜態(tài)電磁力、位移與電流之間的關(guān)系；針對(duì)動(dòng)態(tài)電磁力非線性及滯后的特征,采用基于改進(jìn)的遺傳算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)磁懸浮隔振器動(dòng)態(tài)電磁力進(jìn)行模型辨識(shí),建立了動(dòng)態(tài)電磁力、位移與電流之間

5、的關(guān)系,為主動(dòng)隔振控制提供可靠依據(jù)。
　　 將磁懸浮隔振器應(yīng)用于被動(dòng)隔振系統(tǒng),采用剛體動(dòng)力學(xué)、動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)及有限元等方法,建立了磁懸浮單層、雙層以及浮筏隔振系統(tǒng)主動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程及對(duì)應(yīng)的狀態(tài)方程,并利用ANSYS軟件建立起柔性浮筏有限元模型,進(jìn)行了仿真分析。
　　 選用最小輸出力作為磁懸浮隔振系統(tǒng)隔振控制指標(biāo),建立了控制模型,推導(dǎo)出了性能指標(biāo)函數(shù)表達(dá)式,考慮磁懸浮隔振器的實(shí)際能力,對(duì)此性能指標(biāo)函數(shù)進(jìn)行修正,得到修正的性能指

6、標(biāo)函數(shù)。在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出最優(yōu)反饋矩陣,最后對(duì)磁懸浮單層系統(tǒng)與浮筏系統(tǒng)分別進(jìn)行仿真分析,證明了控制策略的有效性。
　　 針對(duì)磁懸浮隔振器非線性的特點(diǎn),結(jié)合提出的控制策略,采用模糊控制方法,建立了磁懸浮主動(dòng)隔振模糊控制器,進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,隔振效果優(yōu)于被動(dòng)系統(tǒng)和PID控制隔振系統(tǒng)。
　　 搭建了磁懸浮隔振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)比研究主被動(dòng)隔振系統(tǒng)隔振效果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合?？紤]到筏架柔性因素,為了建立更為準(zhǔn)確柔性