電磁式主被動復合隔振器關鍵技術研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，越來越多的場合對振動環(huán)境提出了高要求，振動控制技術在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中日益受到人們的重視，取得了較為豐碩的理論研究成果，并已成功應用于建筑結構抗震、機械結構減振控制、精密機械、儀器及平臺穩(wěn)定控制以及車輛等交通工具的舒適性改善等諸多工程領域中。傳統(tǒng)的被動隔振技術高頻減振的效果顯著，但低頻減振效果卻不甚理想，已經(jīng)不能滿足減振性能的高要求。
　　 針對這一現(xiàn)狀，本文以水下安靜型航行器的減振降噪為主要實際背景，結合主、

2、被動隔振各自的優(yōu)點，開展了電磁式主被動復合隔振器的設計及其控制策略的研究工作。主要包括以下幾個方面:電磁式主被動復合隔振器的設計與實現(xiàn)，基于FIR濾波器的自適應前饋控制律設計，考慮內部反饋下的自適應前饋控制律設計，主被動復合隔振性能評價方法研究以及在隔振模擬實驗平臺上的主動隔振實驗研究。
　　 隔振器件是主被動復合隔振系統(tǒng)的關鍵組成部分。本文結合現(xiàn)有隔振理論的研究成果，提出了一種電磁式主被動復合隔振器的基本設計原則。在此基礎上，

3、以某型隔振器的設計為例，對單級被動隔振系統(tǒng)的特性進行了分析，并分析了引入主動隔振對單級隔振系統(tǒng)特性的影響，指出:當激振頻率與自然頻率的比值大于臨界頻率比時，主動隔振不會加劇隔振對象的振動，甚至在自然頻率附近對隔振對象的振動還有明顯的抑制作用。進而提出了一種根據(jù)動力設備負載質量，激振頻段下限頻率值以及臨界頻率比設計主被動復合隔振系統(tǒng)的方法，完成了主被動復合隔振器主、被動環(huán)節(jié)的設計工作。
　　 在電磁作動單元的設計上，本文采用磁路分

4、析方法給出了勻強磁場假設下電磁作動單元的解析模型，通過Ansoft仿真分析并結合作動器設計制作經(jīng)驗，給出了電磁作動單元解析模型的適用范圍。在此基礎上，提出了主被動復合式隔振器電磁作動單元的設計指標及步驟。根據(jù)設計步驟，給出了使得作動器重量最小時電磁作動單元的尺寸。之后，分析了線圈時間常數(shù)對作動器性能的影響，討論了在線圈匝數(shù)一定的情況下，線圈厚度與電磁鐵重量、空心線圈時間常數(shù)之間的關系，并引入電流環(huán)矯正技術加以補償。最后，對隔振器樣機進行

5、了電磁力實驗建模，結果表明電磁作動器的性能達到了設計目標。
　　 目前，應用最廣泛的簡諧振動主動控制方法是基于FXLMS算法的自適應前饋控制算法，但是這種算法的應用需要對次級通道建模，這增加了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度，且建模誤差可能導致算法發(fā)散。為此，本文結合FXLMS算法和LMS算法的幾何分析結果，改進了一種無需建立次級通道模型的LMS控制算法。分析了該算法直接用于多頻振動控制可能存在的不足，將算法拓展到了多頻振動控制的情形。

6、　　 振動主動控制中內部反饋通道的存在使得自適應濾波器的參考信號變得不穩(wěn)定，在這種情況下自適應濾波器采用FIR結構是有問題的，算法的穩(wěn)定性難以保證。為此，引入了同時具有零點和極點濾波器結構的FULMS算法，將其推廣到了不考慮次級通道模型的情況，給出了無需建立次級通道模型的IIR-LMS算法，結合Ljung提出的常微分方程方法分析了算法的收斂性能，給出了內部反饋存在與否時算法的穩(wěn)定性條件，并以隔振模擬實驗平臺為對象進行了仿真驗證。

7、>　　 本文引入了一種同時具有零點和極點的全反饋型濾波器結構，推導了無需次級通道建模的全反饋IIR-LMS算法，并將其與一般的IIR-LMS算法進行了仿真比較;將全反饋IIR-LMS算法移植到需要建立次級通道模型的情況，給出了全反饋濾FULMS算法;分析了FXLMS、FULMS以及全反饋FULMS算法中算子次序交換的影響，給出了交換誤差的定義，通過估計交換誤差的方法對全反饋FULMS算法進行修正，提出了基于交換誤差的全反饋FULMS算

8、法，并將修正算法與原算法進行了仿真比較。
　　 本文以典型隔振系統(tǒng)為對象，對幾種傳統(tǒng)的隔振性能評價指標，如力傳遞率、插入損失、振級落差、功率流等進行了分析比較，總結指出了各項傳統(tǒng)隔振性能指標適用范圍和優(yōu)缺點。采用理論分析和數(shù)值模擬的方法研究了各種傳統(tǒng)性能指標與隔振器理論設計指標之間的關系。在此基礎上，提出了一種可操作性好，能夠反映被動隔振和主動隔振對不同頻段減振的貢獻以及兩者之間的相互影響的主被動復合隔振性能指標。最后，根據(jù)隔振

9、模擬實驗系統(tǒng)的構建情況對主被動復合隔振評價方法作了簡化，使得該評價方法更為簡便易行，利于工程實現(xiàn)。
　　 建立了一套隔振模擬實驗系統(tǒng)，以電磁式主被動復合隔振器作為執(zhí)行機構，設計了適用于電磁式主被動復合隔振器主動隔振控制律，采用改進的無需次級通道建模的LMS控制算法、多通道解耦控制算法以及無需次級通道建模IIR-LMS控制算法進行了振動主動控制實驗。實驗結果表明:本文研究的振動主動控制方法可以顯著地提高隔振模擬實驗系統(tǒng)在實驗頻段內