發(fā)布時間：2020-04-07 14:25

【摘要】：潛艇聲隱身能力是我國海軍建設(shè)的重中之重,牽系國家整體安危。隔振能夠隔離機械振動傳向基座成為潛艇減振降噪的關(guān)鍵技術(shù)。作為被動隔振的氣囊隔振器具有動態(tài)調(diào)整主輔機與軸系的對中、方便安裝與施工、承載大、結(jié)構(gòu)尺寸小、固有頻率低、無駐波效應(yīng)、高頻隔振性能好等優(yōu)點,能夠顯著降低船舶的結(jié)構(gòu)噪聲,這一點對于軍事艦艇尤其重要。因此,將氣囊隔振器應(yīng)用于具有“質(zhì)量效應(yīng)”、“混抵效應(yīng)”、“調(diào)諧效應(yīng)”等優(yōu)點的浮筏隔振系統(tǒng)中,能擴寬浮筏隔振系統(tǒng)的振動隔離頻段,改善中高頻的隔振效果。然而,作為被動隔振器及隔振系統(tǒng)的氣囊隔振器及浮筏隔振系統(tǒng)只能對特定的高頻段振動起到衰減作用,無法避免被動隔振固有的局限——低頻隔振性能差,對系統(tǒng)諧振頻率附近的干擾信號起到放大作用的缺點不能完全克服。而主動隔振是通過主動單元(如:主動隔振器等)根據(jù)設(shè)定的控制規(guī)律動態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)的支承特性參數(shù),解決低頻及諧振頻率附近的減振降噪問題,將主被動隔振的理論、方法與技術(shù)結(jié)合起來,可以有效隔離潛艇機械振動,降低潛艇機械噪聲,提高潛艇聲隱身能力。通過分析與實驗對比的方法得到氣囊隔振器“高度-承載力-剛度”、“電磁作動器輸入電壓-電流-電磁力/加速度”的關(guān)系。結(jié)果表明氣囊隔振器及電磁作動器的優(yōu)勢明顯且能夠更好地拓寬浮筏隔振頻段。將氣囊隔振器及電磁作動器應(yīng)用至浮筏隔振系統(tǒng)組成磁氣混合主被動浮筏隔振系統(tǒng),將動態(tài)子結(jié)構(gòu)和四端參數(shù)法相結(jié)合推導(dǎo)柔性浮筏隔振系統(tǒng)動力學(xué)模型。采用功率流為評價指標,對浮筏隔振系統(tǒng)功率流進行了分析,采用ADAMS分析了柔性浮筏隔振系統(tǒng)的影響因子—剛/柔筏架、負載電機質(zhì)量、隔振器剛度/阻尼、隔振器數(shù)量、隔振器布置方式對柔性筏架系統(tǒng)的輸出功率流的影響。根據(jù)分析的結(jié)果設(shè)計了磁氣混合主被動浮筏隔振實驗平臺,采用ANSYS軟件建立起實驗平臺有限元模型,對實驗平臺筏架、基座及激勵源進行了仿真分析�；诖艢饣旌现鞅粍痈》じ粽駥嶒炂脚_采集的包含噪聲的輸入/輸出數(shù)據(jù),采用卡爾曼濾波系統(tǒng)辨識方法得到實驗平臺控制通道SISO和MIMO數(shù)學(xué)模型,在頻響擬合度、時域輸出、零極點、脈沖響應(yīng)等方面評價了辨識模型的精確度、穩(wěn)定性、瞬態(tài)響應(yīng)等性能。根據(jù)不同比例噪聲的輸入輸出數(shù)據(jù),分析了卡爾曼濾波系統(tǒng)辨識方法的魯棒性,并和預(yù)測誤差辨識方法相比較。以單位脈沖響應(yīng)作為模型降階指標,對MIMO磁氣浮筏隔振系統(tǒng)模型進行降階處理,得到的低階數(shù)學(xué)模型包含了系統(tǒng)的絕大部分動力學(xué)信息。基于輸入/輸出的系統(tǒng)辨識方法進行僅有輸出信號的卡爾曼濾波系統(tǒng)辨識研究。系統(tǒng)辨識方法的輸入數(shù)據(jù)由不可知的電機激勵信號提供,采用僅有輸出信號的卡爾曼濾波系統(tǒng)辨識方法,得到實驗平臺模態(tài)參數(shù),為多電機作為浮筏隔振系統(tǒng)的輸入信號的系統(tǒng)辨識研究提供了一種新的途徑及框架。選取最小加速度振級落差作為磁氣混合主動浮筏隔振系統(tǒng)隔振指標,采用改進的歸一化FXLMS前饋控制算法設(shè)計單激勵源浮筏系統(tǒng)SISO、MIMO控制器,將辨識的模型及設(shè)計的前饋控制器在Simulink中進行仿真,結(jié)果表明歸一化FXLMS對單頻擾動具有很好的抑制效果。采用H_∞魯棒控制算法來實現(xiàn)多源頻率波動擾動控制,根據(jù)辨識出的模型及需要抑制主頻設(shè)計SISO、MIMO控制器,并在Simulink中進行仿真分析,結(jié)果表明設(shè)計的H_∞控制器在抑制多頻波動擾動的抑制的有效性。搭建磁氣混合主被動隔振柔性浮筏實驗平臺,將辨識的系統(tǒng)模型及設(shè)計的控制器分別在單個電機、多個電機工作的情況下進行主動隔振實驗,實驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。實驗結(jié)果顯示:設(shè)計的歸一化FXLMS控制算法及H_∞控制算法對主頻波動擾動的隔振效果優(yōu)于被動系統(tǒng)和模糊控制隔振系統(tǒng),驗證了設(shè)計的控制器及辨識的系統(tǒng)模型的正確性。
【圖文】：

有 10-20dB 的隔振效果[43,44]。當隔振對象的激勵頻率大于等于 2 倍的隔振系統(tǒng)的固有頻率時隔振系統(tǒng)才會有效。可以通過減小隔振系統(tǒng)的固有頻率來增大隔振系統(tǒng)隔振頻率的帶寬，降低隔振系統(tǒng)的固有頻率會影響其穩(wěn)定性[45]。為提高單層隔振系統(tǒng)的隔振效果，高負載低剛度的隔振器被研發(fā)出來。文獻[46]設(shè)計了圓柱彎曲梁隔振；文獻[47]在隔振器中增加永磁體，通過磁體作用，獲得較低的剛度，從而提高了隔振性能。雙層隔振系統(tǒng)是基于單層隔振系統(tǒng)發(fā)展起來的，在隔振對象和基礎(chǔ)之間增加兩層隔振器及中間質(zhì)量。相對于單層隔振系統(tǒng)，當激勵頻率大于二次諧振頻率時，雙層隔振傳遞率以 衰減，而單層隔振系統(tǒng)傳遞率以2衰減。但是當激勵頻率小于二次諧振頻率時，雙層隔振系統(tǒng)傳遞率將會增大。需要對雙層隔振系統(tǒng)進行合理的設(shè)計來滿足雙層隔振的要求，近年來對其進行了系統(tǒng)深入的研究[48-50]。雙層隔振系統(tǒng)的中間質(zhì)量增加系統(tǒng)的剛度，在保證了更好的隔振效率的同時增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是中間質(zhì)量導(dǎo)致系統(tǒng)整體質(zhì)量增加導(dǎo)致其在艦船上應(yīng)用受到限制[51]。

第4章 采用OKID系統(tǒng)辨識方法對磁氣混合主被動浮筏隔振系統(tǒng)進行系識研究，并對該方法的魯棒性能進行了相關(guān)對比研究，并與預(yù)測誤差辨識（PEM）的辨識結(jié)果進行對比，對辨識出的多輸入多輸出系統(tǒng)模型進行降理，并分析降階后的性能。多個電機作為系統(tǒng)辨識的輸入，采用 O3KID 并拓展對僅有輸出數(shù)據(jù)的系統(tǒng)辨識研究，，通過實驗得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)估計第 5 章 針對浮筏隔振系統(tǒng)進行控制實驗研究，選擇加速度振級落差作為指標，采用歸一化 FXLMS 自適應(yīng)前饋控制對單激勵源單通道、多通道控制及仿真研究；采用 H∞魯棒控制對多激勵源頻率波動擾動設(shè)計相應(yīng)的控制器行多激勵源單通道、多通道控制仿真研究。第 6 章 搭建磁氣混合主被動浮筏隔振實驗平臺，在不同的激勵下進行相實驗研究來驗證設(shè)計的正確性及有效性。第 7 章 全文的總結(jié)與展望，總結(jié)全文所做的工作及得到的結(jié)論，突出研作的創(chuàng)新點，展望下一步的研究工作。依照各章內(nèi)容，本文總體結(jié)構(gòu)安排如下：
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U674.76

【參考文獻】

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本文編號：2618017