磁悬浮－气囊主被动混合隔振装置理论和实验

为了更有效地控制舰船动力机械宽频和低频线谱振动的传递,提出了一种将磁悬浮作动器与气囊隔振器集成应用的磁悬浮-气囊主被动混合隔振装置。通过对磁悬浮作动器机电耦合特性和混合隔振系统动力学特性的分析研究,确定了满足线谱振动控制要求和满足混合隔振装置性能要求的参数设计方法。针对主动控制时,FxLMS(filtered-x least mean square)算法在小阻尼系统上需用高阶FIR滤波器建模,运算量大的问题,提出了分频段控制的改进FxLMS算法,并有效地解决了作动器的非线性效应问题。样机实验结果表明:理论分析是正确的,该项技术控制力需求小,装置稳定性好,具有优良的宽频隔振和低频线谱振动控制效果。

船舶机械磁悬浮气囊混合隔振技术

有源无源混合隔振是控制船舶低频线谱噪声的重要技术,但工程应用的实例还非常少见。在磁悬浮-气囊混合隔振理论和原理样机研究的基础上,针对船用机械低频线谱的隔振需求,进一步突破了体积小、输出力大、功耗低、频响平直、波形失真度低等磁悬浮作动器工程化设计技术;解决了混合隔振器的稳定性和冲击、摇摆适应性等技术难题;研究了工程实用的控制算法,采用非线性逆模型补偿使控制系统线性化,并提出了窄带Fx-Newton时域算法,可在机械设备运行时的多线谱、多通道耦合、线谱振幅非稳态等情况下实现快速稳定控制;研制了船用200 kW柴发机组混合隔振装置,实验结果表明该技术具有优良的宽频隔振效果和低频线谱控制能力,性能可满足工程实用要求。

混合隔振系统中电磁作动器的优化设计

由于混合隔振系统中的电磁作动器对电磁力、体积重量、损耗等指标有着严格的限制,因此电磁作动器的优化设计显得十分重要。为此,提出了电磁作动器系统参数(包括几何尺寸参数和电参数)的优化设计方法,推导了电磁作动器总损耗与系统参数间的关系。通过有限元分析软件ANSYS中的优化设计模块,使用ANSYS参数化设计语言建立了在保证电磁力及体积限制条件下,以总损耗最小为目标函数的三维参数化分析模型,多次循环迭代求解后得到了较为优化的系统参数。仿真及实验结果表明:按照该方法设计的电磁作动器能够满足各项设计指标要求,且性能比其他参数下更为优化。

船舶动力机械混合隔振系统的优化设计

综合分析了混合隔振的原理,揭示了混合隔振的实质就是被动隔振系统和主动隔振系统的多目标联合优化问题.针对船舶中常用的双层隔振系统,进行了混合隔振优化设计和数值仿真.仿真结果表明,混合隔振技术在船舶动力机械隔振方面有着广阔的应用前景.

基于压电堆和粘弹性材料的新型整星混合隔振系统

为了降低振动载荷对卫星的影响,采用压电堆和粘弹性材料作为主被动隔振元件,设计一种新型的整星混合隔振系统,并对其隔振原理进行理论分析。通过有限元方法建立该隔振系统的有限元模型并分析其频率响应特性,根据分析结果,运用特征系统实现算法获取系统的最小阶状态空间模型来设计控制器,完成离线仿真。在此基础上,对低柔性模拟卫星进行整星混合隔振试验。仿真和试验结果表明,整星混合隔振系统能够有效地降低运载火箭传递到卫星的振动载荷。与整星被动隔振系统相比,整星混合隔振系统对低频振动分量具有显著的抑制作用,证明了该隔振系统的可行性和有效性,大大提高了卫星的安全性和可靠性。

双层混合隔振系统隔振效果评价与实验研究

为了对双层混合隔振系统进行全面评价,提出了一种全新的双层混合隔振系统隔振效果评价方法。该方法将混合隔振的评价指标定义为被动隔振指标与主动隔振指标之和,并在自行研制的磁悬浮隔振器上进行隔振实验。实验结果表明,该评价方法简便易行,能够准确地反映被动和主动隔振对不同频段隔振的贡献以及两者之间的相互影响,为进一步优化双层混合隔振器的设计提供了可靠依据。

双层混合隔振系统的CMAC和PID复合控制研究

为了提高双层被动隔振系统隔离低频结构噪声的效果,采用混合隔振思想,将小脑模型神经网络(cerebellar model articulation controller,CMAC)理论与PID控制算法相结合,设计了双层混合隔振系统CMAC与PID复合控制器,仿真分析了双层混合隔振系统在不同低频正弦激励信号下的加速度和加速度功率谱。仿真结果表明,采用CMAC与PID复合控制的双层混合隔振系统的隔振效果要优于被动双层隔振系统的隔振效果。

遗传算法在船舶动力机械混合隔振系统优化设计中的应用

阐明了混合隔振问题的实质就是综合被动隔振系统和主动控制系统的多目标联合优化设计。运用子结构导纳综合法分析了应用混合隔振技术的双层隔振系统的功率流传递特性。采用遗传算法对混合隔振系统进行了优化设计,并作了数值仿真。

电磁式振动给料机的混合隔振研究

分别对电磁式振动给料机进行了被动隔振和混合隔振的研究。采取被动隔振后,可使振动传递率降低,从而减少其振动对周围其它工作机械的影响,但同时也降低了振动给料机的工作效率。采用混合隔振技术,通过选取合适的主动控制反馈变量和反馈增益,可使电磁式振动给料机的工作效率和振动传递率得到明显改善。当主动控制的反馈变量采用主振质量的振动加速度,并选取与主振质量相等的加速度反馈增益时,系统处于理想隔振状态,此时电磁式振动给料机的振动传递率为零,且系统处于最佳工作效率状态。

旋转机械主被动混合隔振虚拟样机技术及实验研究

提出一种旋转机械主被动混合隔振虚拟样机方法,并通过实验对虚拟样机仿真结果进行验证。首先对柴油发电机组电磁-气囊主被动混合隔振系统进行建模,然后对电磁作动器进行理论分析与实验,得到电磁作动器输出力特性。通过利用多刚体动力学软件ADAMS与MATLAB/SIMULINK联合,搭建柴油发电机组主被动混合隔振虚拟样机系统,对虚拟样机进行了冲击摇摆的计算,并进行控制算法与主被动混合隔振研究,同时搭建了物理样机实验平台并对仿真结果进行实验验证。结果表明:主被动混合隔振虚拟样机所得结果与实验结果相吻合,可以作为主被动混合隔振系统研制的重要依据。

主被动混合隔振的虚拟样机技术

为了能够更准确方便得到主被动混合隔振系统的特性与设计参数,利用虚拟样机技术对主被动混合隔振系统进行了主动控制仿真研究。首先,对主被动混合隔振平台进行了理论计算与模态分析;然后,通过ADAMS软件创建了混合隔振平台的虚拟样机,并将其导入至MATLAB/SMULINK中搭建了主被动混合隔振系统,通过变步长法对主被动混合隔振系统进行了次级通道辨识,并在此基础上基于多通道Fx-LMS算法进行了主被动混合隔振的效果分析。仿真结果表明:利用虚拟样机技术对主被动混合隔振系统进行主动控制取得了较好的控制效果,为主被动混合隔振物理样机的设计与制造提供了新的思路与方法。

多步预测自校正控制算法在混合隔振中的应用研究

为了弥补潜艇动力机械被动隔振系统低频隔振效果的不足,建立了混合隔振多步预测自校正控制系统。详细阐述了混合隔振系统模型的建立,混合隔振预测自校正控制系统的设计,并给出了一个具体实例设计和仿真过程。从仿真结果来看,所提出的混合隔振多步预测自校正控制系统,有效地弥补了舰船动力机械被动隔振系统的不足,且系统具有较强的鲁棒性能。

潜艇动力设备混合隔振自适应控制系统

为了克服潜艇动力设备被动隔振系统的不足,提出基于混合隔振系统的模型参考自适应控制方法,设计潜艇动力设备混合隔振自适应控制系统,并给出设计实例和仿真计算。仿真计算结果表明:采用模型参考自适应控制算法的混合隔振系统,能够有效的弥补潜艇动力机械设备被动隔振系统的不足。

混合隔振系统自适应模糊滑模控制

针对机械设备被动隔振在低频段隔振效果较差的问题,建立磁致伸缩作动器的电—磁—机转化数学模型,提出一种基于自适应模糊滑模控制算法,并用李雅普诺夫方法证明控制器的稳定性,将该控制策略与磁致伸缩作动器应用于混合隔振系统中。仿真结果表明:在单频、多频及随即激励条件下,自适应模糊滑模控制器具有良好的动态特性和鲁棒性,能够提高系统隔振效率并拓宽隔振频段,有效减小传至基础的力。

内模控制策略在混合隔振系统中的应用研究

内模控制作为一种独特的控制结构,能够清楚地表明控制系统调节参数与闭环响应及系统鲁棒性的关系,从而兼顾系统性能和鲁棒性.为提高混合隔振系统的隔振性能,将内模控制理论应用于混合隔振系统.分析了混合隔振系统的动力学传递关系;设计了混合隔振系统的内模控制器.仿真结果表明,内模控制效果明显.

柔性基础混合隔振系统建模与控制

实际的混合隔振系统一般由刚体振源、弹性安装基础以及连接它们的隔振器、作动器构成,是一个复杂的具有刚柔耦合特性的无限维分布参数系统。为了兼顾系统建模的准确性和控制器设计的方便性,采用子结构模态综合法对柔性基础混合隔振系统进行建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行对比,在验证模型有效性的基础上,基于修正的独立模态控制算法对混合隔振系统进行控制设计和仿真分析,结果表明设计的混合隔振系统能够有效地减小基础的振动响应,且隔振效果优于被动隔振系统。

混合隔振系统逆解耦多线谱主动控制

由潜艇动力机械周期振动引起的辐射噪声是潜艇隐蔽航行的主要噪声源,在频域中表现为中低频多根分立的线谱,严重影响潜艇的声隐身技术性能。针对潜艇动力机械隔振系统存在的多根线谱问题,提出混合隔振系统逆解耦的多线谱控制方法。系统阐述混合隔振系统逆系统的构建方法、逆系统解耦的结构以及逆系统解耦后附加控制器的设计方法。最后,给出一个设计实例并进行仿真计算,结果表明基于逆系统解耦的方法能够有效的降低系统中存在的多根线谱。

主被动混合隔振中的功率放大器设计及实验

磁悬浮主被动混合隔振能有效控制机械设备的宽频振动和低频线谱振动。功率放大器作为该系统的功率变换装置,其性能直接影响主被动混合隔振效果。通过介绍PWM开关功率放大器的基本原理,分析了设计参数对其性能的影响。针对主被动混合隔振需求,对开关功率放大器进行了参数设计。仿真和实验结果表明:该功率放大器参数设计合理,能满足主被动混合隔振需求。

电磁-气囊主被动混合隔振系统抗冲击设计研究

舰船设备的抗冲击性能设计直接关系到其是否能够顺利实现实用化。本文针对电磁-气囊主被动混合隔振系统抗冲击的设计要求,首先对电磁-气囊主被动混合隔振器进行抗冲击悬挂结构设计并通过仿真和试验获得了混合隔振器的位移载荷特性;其次推导了混合隔振系统中限位器的数学模型并建立了主被动混合隔振系统的多刚体动力学模型,研究了主被动混合隔振系统在冲击载荷下,不同限位器参数对冲击响应的影响。结果表明,所设计的隔振器抗冲击悬挂结构和隔振系统的限位器能够很好地满足舰船设备对抗冲击性能的要求。

广义预测控制算法在混合隔振中的应用研究

阐述混合隔振系统模型的建立,混合隔振广义预测控制系统的设计,并给出了一个具体实例设计和仿真分析过程。从仿真结果来看,所提出的混合隔振广义预测控制系统,有效地弥补了舰船动力机械被动隔振系统的不足,且系统具有较强的鲁棒性能。