【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(jī)械振動(dòng)傳向基座成為潛艇減振降噪的關(guān)鍵技術(shù)。作為被動(dòng)隔振的氣囊隔振器具有動(dòng)態(tài)調(diào)整主輔機(jī)與軸系的對(duì)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(diǎn),能夠顯著降低船舶的結(jié)構(gòu)噪聲,這一點(diǎn)對(duì)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(diǎn)的浮筏隔振系統(tǒng)中,能擴(kuò)寬浮筏隔振系統(tǒng)的振動(dòng)隔離頻段,改善中高頻的隔振效果。然而,作為被動(dòng)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(duì)特定的高頻段振動(dòng)起到衰減作用,無法避免被動(dòng)隔振固有的局限——低頻隔振性能差,對(duì)系統(tǒng)諧振頻率附近的干擾信號(hào)起到放大作用的缺點(diǎn)不能完全克服。而主動(dòng)隔振是通過主動(dòng)單元(如:主動(dòng)隔振器等)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),解決低頻及諧振頻率附近的減振降噪問題,將主被動(dòng)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(jī)械振動(dòng),降低潛艇機(jī)械噪聲,提高潛艇聲隱身能力。通過分析與實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法得到氣囊隔振器“高度-承載力-剛度”、“電磁作動(dòng)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(dòng)器的優(yōu)勢(shì)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(dòng)器應(yīng)用至浮筏隔振系統(tǒng)組成磁氣混合主被動(dòng)浮筏隔振系統(tǒng),將動(dòng)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(dòng)力學(xué)模型。采用功率流為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)浮筏隔振系統(tǒng)功率流進(jìn)行了分析,采用ADAMS分析了柔性浮筏隔振系統(tǒng)的影響因子—?jiǎng)?柔筏架、負(fù)載電機(jī)質(zhì)量、隔振器剛度/阻尼、隔振器數(shù)量、隔振器布置方式對(duì)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(jì)了磁氣混合主被動(dòng)浮筏隔振實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用ANSYS軟件建立起實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有限元模型,對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)筏架、基座及激勵(lì)源進(jìn)行了仿真分析�；诖艢饣旌现鞅粍�(dòng)浮筏隔振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(shí)方法得到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)控制通道SISO和MIMO數(shù)學(xué)模型,在頻響擬合度、時(shí)域輸出、零極點(diǎn)、脈沖響應(yīng)等方面評(píng)價(jià)了辨識(shí)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(shí)方法的魯棒性,并和預(yù)測(cè)誤差辨識(shí)方法相比較。以單位脈沖響應(yīng)作為模型降階指標(biāo),對(duì)MIMO磁氣浮筏隔振系統(tǒng)模型進(jìn)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(dòng)力學(xué)信息�；谳斎�/輸出的系統(tǒng)辨識(shí)方法進(jìn)行僅有輸出信號(hào)的卡爾曼濾波系統(tǒng)辨識(shí)研究。系統(tǒng)辨識(shí)方法的輸入數(shù)據(jù)由不可知的電機(jī)激勵(lì)信號(hào)提供,采用僅有輸出信號(hào)的卡爾曼濾波系統(tǒng)辨識(shí)方法,得到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模態(tài)參數(shù),為多電機(jī)作為浮筏隔振系統(tǒng)的輸入信號(hào)的系統(tǒng)辨識(shí)研究提供了一種新的途徑及框架。選取最小加速度振級(jí)落差作為磁氣混合主動(dòng)浮筏隔振系統(tǒng)隔振指標(biāo),采用改進(jìn)的歸一化FXLMS前饋控制算法設(shè)計(jì)單激勵(lì)源浮筏系統(tǒng)SISO、MIMO控制器,將辨識(shí)的模型及設(shè)計(jì)的前饋控制器在Simulink中進(jìn)行仿真,結(jié)果表明歸一化FXLMS對(duì)單頻擾動(dòng)具有很好的抑制效果。采用H_∞魯棒控制算法來實(shí)現(xiàn)多源頻率波動(dòng)擾動(dòng)控制,根據(jù)辨識(shí)出的模型及需要抑制主頻設(shè)計(jì)SISO、MIMO控制器,并在Simulink中進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明設(shè)計(jì)的H_∞控制器在抑制多頻波動(dòng)擾動(dòng)的抑制的有效性。搭建磁氣混合主被動(dòng)隔振柔性浮筏實(shí)驗(yàn)平臺(tái),將辨識(shí)的系統(tǒng)模型及設(shè)計(jì)的控制器分別在單個(gè)電機(jī)、多個(gè)電機(jī)工作的情況下進(jìn)行主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:設(shè)計(jì)的歸一化FXLMS控制算法及H_∞控制算法對(duì)主頻波動(dòng)擾動(dòng)的隔振效果優(yōu)于被動(dòng)系統(tǒng)和模糊控制隔振系統(tǒng),驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的控制器及辨識(shí)的系統(tǒng)模型的正確性。
【圖文】：

有 10-20dB 的隔振效果[43,44]。當(dāng)隔振對(duì)象的激勵(lì)頻率大于等于 2 倍的隔振系統(tǒng)的固有頻率時(shí)隔振系統(tǒng)才會(huì)有效�？梢酝ㄟ^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(huì)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(fù)載低剛度的隔振器被研發(fā)出來。文獻(xiàn)[46]設(shè)計(jì)了圓柱彎曲梁隔振；文獻(xiàn)[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(duì)象和基礎(chǔ)之間增加兩層隔振器及中間質(zhì)量。相對(duì)于單層隔振系統(tǒng)，當(dāng)激勵(lì)頻率大于二次諧振頻率時(shí)，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(dāng)激勵(lì)頻率小于二次諧振頻率時(shí)，雙層隔振系統(tǒng)傳遞率將會(huì)增大。需要對(duì)雙層隔振系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)來滿足雙層隔振的要求，近年來對(duì)其進(jìn)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(shí)增強(qiáng)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(shí)方法對(duì)磁氣混合主被動(dòng)浮筏隔振系統(tǒng)進(jìn)行系識(shí)研究，并對(duì)該方法的魯棒性能進(jìn)行了相關(guān)對(duì)比研究，并與預(yù)測(cè)誤差辨識(shí)（PEM）的辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)辨識(shí)出的多輸入多輸出系統(tǒng)模型進(jìn)行降理，并分析降階后的性能。多個(gè)電機(jī)作為系統(tǒng)辨識(shí)的輸入，采用 O3KID 并拓展對(duì)僅有輸出數(shù)據(jù)的系統(tǒng)辨識(shí)研究，，通過實(shí)驗(yàn)得到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)估計(jì)第 5 章 針對(duì)浮筏隔振系統(tǒng)進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)研究，選擇加速度振級(jí)落差作為指標(biāo)，采用歸一化 FXLMS 自適應(yīng)前饋控制對(duì)單激勵(lì)源單通道、多通道控制及仿真研究；采用 H∞魯棒控制對(duì)多激勵(lì)源頻率波動(dòng)擾動(dòng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器行多激勵(lì)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(dòng)浮筏隔振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在不同的激勵(lì)下進(jìn)行相實(shí)驗(yàn)研究來驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U674.76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2618017