多线谱振动噪声主动控制中误差传感器的优化配置

针对振动主动控制中的误差传感策略问题,改进了现有的传感器优化算法,求解过程采用整数编码和混合编码的遗传算法,在保证整体减振效果基本不变的前提下减少传感器数目并优化其位置,使整个控制系统的规模得到了降低。同时为了消除多通道主动控制时各通道之间的耦合作用,采用Fx LMS算法,在浮筏到舱段振动传递途径中安装了4台液压作动器,误差信号同时作为每个作动器的反馈信号,结合提出的误差传感优化策略,对多个激励频率的主动隔振进行了详细的实验研究。实验结果表明,对舱段结构上优选出来的4个误差点进行有效控制后,舱段结构上22个误差点的全局减振效果基本不变,且10个监测用传声器的声压得到了有效的抑制。     

动力装置主动隔振系统硬件设计

随着人们对工作环境、设备可靠性及耐用度、加工精度和设备隐蔽性的要求不断提高,对于振动控制的要求也越来越高。单纯的被动隔振系统无法削弱船体浮筏200 Hz以下的低频振动。主动隔振系统利用作动器产生与激振力相反的作用力可以有效地削弱低频振动。以船体浮筏为控制对象,针对削弱200 Hz以下的低频振动开发了一套主动隔振系统。系统中采用加速度信号作为系统输入和反馈,以DSP+FPGA双核处理架构作为控制核心,最终以电磁作动器作为执行机构,分别通过对150 Hz、100 Hz、50 Hz三种频率振动控制的测试,分析发现该系统可以达到预期隔振效果,削弱自身200 Hz以下的低频振动。     

用磁致伸缩作动器进行主动隔振的研究

本文对用磁致伸缩作动器的主动隔振系统进行了试验与分析。建立了采用此作动器的模拟试验台及控制模型，得到了被隔振机械主要工作频率成份的隔振量提高12dB和500HZ内总隔振量提高7．2dB的较满意的结果。为振动的主动控制应用于工程实际奠定了良好的基础。分析表明，该隔振系统为一主动惯性效应系统。对系统实施主动隔振，并没有恶化振源的运动状态。     

舱筏结构动态特性的理论与试验研究

为充分利用舱段动力舱空间和提高其隐蔽性能，对辅机设备采用了侧挂式浮筏隔振设计。以带电机组的浮筏隔振装置的舱段为研究对象，利用试验和理论计算的方法确定发电机组与实际工作状态一致的激励力，同时考虑浮筏隔振系统橡胶隔振器的非线性动刚度，采用有限元和边界元相结合的流固耦合理论，研究浮筏隔振系统的参数变化对舱段振动特性的影响规律。通过舱段缩比模型水下试验验证了理论计算方法的可靠性和侧挂式浮筏系统的隔振效果。     

舰船浮筏混合隔振系统建模及约束输出控制策略

针对舰船内部动力机组浮筏系统低频隔振效果不佳的问题,提出有源前馈控制解决方案。建立由多向扰动振源、分布参数主被动一体式隔振器、中间柔性筏体及弹性安装基础组成的浮筏混合隔振系统结构声传递广义数理模型。基于导纳矩阵理论,定量考虑实际作动器输出的阈值限制,给出浮筏混合隔振系统动态传递特性统一数学模型。从声振能传递与控制角度揭示系统耦合振动机理并给出浮筏系统隔振设计遵循准则。研究表明,力矩激励在浮筏隔振系统能量传输中扮演重要角色,应尽量减少力矩扰动所致能量注入;中间筏体结构柔性及与隔振器内共振的耦合交互作用使中高频段系统隔振性能恶化;全主动控制策略可结合上、下层主动控制策略在低、中高频段的振动控制优势,能实现宽频域内声振能控制最优化。     

动力装置主动隔振系统硬件设计

随着人们对工作环境、设备可靠性及耐用度、加工精度和设备隐蔽性的要求不断提高,对于振动控制的需求越来越多。单纯的被动隔振系统无法抑制船舶电机频率1.414倍频以下的振动。主动隔振系统利用作动器产生与激振力相反的作用力可以有效地抑制低频振动。本文以船舶电机为控制对象,针对抑制200 Hz以下的低频振动开发了一套主动隔振系统。系统中采用加速度信号作为系统输入或反馈,以DSP+FPGA双核处理架构作为控制核心,最终以电磁作动器作为执行机构,通过实验验证,该系统可以达到预期隔振效果,抑制自身频率1.414倍频以下的振动。     

舱段主动隔振系统作动器配置优化

针对舱段主动隔振系统中作动器配置优化问题,给出一种优化模型和方法,通过数值计算进行方法验证。首先建立了多通道舱段主动隔振系统的动力学模型,然后将作动器配置优化转换为约束0-1非线性规划问题,以系统监测点响应为优化目标函数,作动器启用状态为自变量,最后采用教与学优化(teaching and learning-based optimization, TLBO)算法寻找最优配置。仿真计算结果表明,对于不同的激励,多通道主动隔振系统的最优配置不同,即存在对应给定激励下抑制壳体振动与声辐射的最优配置。     

主动控制中作动器非线性谐频的控制

采用主动隔振系统,能有效地控制低频线谱振动。在常规的作动器中,虽然可以有效地降低基频的振动;但二次谐波处产生的附加能量会影响隔振效果。通过理论分析与试验,研究了振动主动控制系统中电磁作动器的非线性现象,分析了进行低频线谱振动控制时电磁作动器在二次谐频处产生额外能量的原因,提出用谐波发生器自适应补偿作动器非线性现象的方法,结合前馈Fx LMS算法进行主动控制的试验表明,系统可得到较理想的控制效果。     

超磁致伸缩作动器用于振动主动控制中的仿真研究

目前对于太阳和地球引力变化引起的微振动，采用先进的主动控制能达到高精度的隔振要求。主要是推导并建立了超磁致伸缩作动器（GMA：Giant Magnetostriction Actuator）的动力学方程和数学模型，并将其运用到振动主动控制中，采用PID（Proportional-Integral-Differential）反馈控制方法，对双层隔振下层受到激扰的系统进行仿真计算，仿真结果表明它能对微幅低频振动衰减20-50dB，能起到明显的减振效果。     

舱筏隔振系统水下振动特性的理论分析与试验研究

为充分利用潜艇动力舱空间和提高其隐蔽性能，对潜艇泵组等辅机设备采用了框架式浮筏隔振设计。以带泵组浮筏隔振装置的潜艇舱段为研究对象，采用有限元流固耦合理论，以总振级为目标，研究浮筏隔振系统的参数变化对舱段振动特性的影响规律。通过舱段缩比模型水下试验验证了理论计算方法的可靠性和框架式浮筏系统的隔振效果。提出的分析方法和结论对于其它动力设备的浮筏设计也具有参考价值。     

主动隔振与水下声辐射控制的实验研究

建立一个包括有机玻璃水箱和主动隔振器的实验系统,研究主动隔振对降低结构振动及其声辐射的有效性。实验模型的建立是基于流固耦合系统的有限元分析和局部模态测试,通过数值分析确定辐射面的振动模态以及辐射声场分布。扰动源的干扰频率接近辐射面固有频率,在水中形成共振状态下的辐射声场。扰动源采用四点主动隔离,四个电磁作动器同时控制并采用自适应对消算法,抑制扰动源周期性干扰引起的振动。实验结果表明主动隔振能够明显降低平板的辐射声压。     

分布式声学黑洞浮筏系统隔振性能研究

为进一步提高浮筏系统隔振性能,提出分布式声学黑洞浮筏隔振系统。首先根据声学黑洞结构特点,提出将单个声学黑洞分解为4个小尺寸声学黑洞的分布式声学黑洞方案;其次,采用有限元法,开展分布式声学黑洞方案对平板结构以及典型筏架结构振动响应的影响研究,并与单个声学黑洞方案进行对比分析,建立分布式声学黑洞浮筏系统有限元模型;最后,探究分布式声学黑洞浮筏系统的隔振性能以及对船舶舱段机械噪声的影响。研究表明,相比单个声学黑洞,分布式声学黑洞浮筏具有更好的低频隔振性能,能够有效降低舱段的机械噪声水平。     

一种基于智能减振器的舰船机械设备主动减振系统研究

面向工程的需要研制了主被动复合、传感作动一体化的智能减振器。它基于传统的被动隔振结构,集成了主动执行机构、功率放大设备及高低通滤波器、加速度误差传感器及后续的放大和滤波电路,与脱机运行的主动控制器构成针对舰船机械设备的主动减振系统。基于该系统建立了柴油发电机组主动减振演示台架。整个台架通过4个智能减振器坐落在一块模拟船体结构的弹性钢板上,通过测量弹性钢板的振动情况来评价主动减振系统的减振性能。演示台架试验结果表明,智能减振器在800Hz以内的总振级有33dB以上的被动减振效果,在此基础上的主动控制对200Hz以内的多根线谱均有很好的控制效果,线谱最大有30.8dB的主动衰减量,200 Hz以内总振级的主动衰减量达到20dB。综合主被动减振的效果,智能减振器可以将演示台架的柴油发电机组0~800 Hz范围内的振动总振级衰减47.2dB以上。     

周期桁架浮筏系统的隔振特性研究

研究了周期结构对桁架浮筏隔振系统振动传递的衰减特性,首先利用有限元方法计算周期桁架浮筏的频响特性,并将其与传统浮筏进行比较。然后,为在隔振系统中评价周期结构浮筏的性能,运用频响函数综合法建立整个系统的振动传递模型,计算频响函数。仿真分析表明：周期桁架浮筏较传统浮筏更有效地抑制振动的传递,当与设备组成一个隔振系统之后,在与浮筏上下层隔振器的共同作用下,整个隔振系统能在一个宽频段内对振动传递产生更好的抑制作用     

基于液压伺服作动器的主动隔振系统实验研究

以两自由度系统为研究对象,设计一种液压伺服作动器及其振动主动控制系统。通过建立两自由度系统和伺服系统耦合数学模型,用传递函数分析法计算出主动隔振系统力传递率。并搭建包括上下层质量、液压作动器、液压系统、控制系统的主动隔振实验平台,探究不同激振力频率和幅值的工况下主动隔振系统的隔振效率。实验结果表明,基于液压伺服作动器的主动隔振系统能够有效降低力传递率,在不同工况下系统隔振效率可达60%～70%。     

齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用C-MEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26dB的衰减。     

一类多频线谱激励下的主动隔振控制方法

研究了多频离散线谱激励下的主动隔振控制问题,提出了一种多通道解耦的自适应前馈控制方法;采用窄带带通滤波器对多频振动信号进行解耦,通过多个并行的自收敛变步长归一化的LMS自适应滤波器构成前馈控制器,驱动一个单自由度的作动器对多频线谱振动进行隔离;该方法无需次级通道模型信息,具有结构简单、鲁棒性强的优点。在某型磁悬浮隔振器的隔振系统上进行了多频主动隔振实验,实验结果验证了该方法的有效性。     

振动主动控制中电磁作动器动态特性的研究

分析了电磁作动器的动态特性及其对振动主动控制系统振动传递率的影响。振动传递率不仅受作动器动态特性的影响,而且还与反馈变量的选取有关。因此,在实际控制系统中应选择绝对位移、速度、加速度及加加速、绝对位移的积分和相对位移、速度、加速度及加加速度、相对位移的积分的不同组合作为反馈变量,以期取得良好的隔振效果。     

压电堆式JG型复合隔振器结构设计与实验研究

复合式隔振器由剪切型橡胶隔振器与惯性式压电堆作动器组合而成,复合式隔振器结合主被动隔振器的优点,将主动构件与被动装置串联、并联,不仅可提高主动构件的稳定性,还能拓展被动隔振的有效频带。通过理论与实验方法对惯性式压电堆作动器的工作原理与动力学特性进行分析,利用所设计的压电堆式JG型复合式隔振器搭建双层隔振台架,采用滤波x-LMS自适应算法对台架进行主动控制。结果表明,在单频正弦激励下压电堆式JG型复合隔振器比单纯被动隔振装置具有更好隔振效果,80 Hz、90 Hz和110 Hz处隔振效果分别提高15 dB、16 dB和15 dB。     

超精密机床的主动隔振系统研究

本文以ＨＣＭ－Ｉ型亚微米超精密车床为研究背景,在分析了机床结构与振动的基础上,建立了机床主动隔振系统的力学模型。通过几种作动器的性能对比选择了磁致伸缩作动器为执行器。通过反馈控制分析和实验,表明：采用主动隔振可以明显提高机床减振性能,尤其对低频隔振效果较好。