基于主动支承的推进轴系横向振动传递控制方法研究

为减小螺旋桨激励下推进轴系的横向振动传递,提出了一种基于主动支承的控制方法.该方法在艉轴承处按垂直、水平两个正交方向布置连接艉轴承与壳体的主动支承,支承内部安装电磁作动器并采用直接速度反馈,抑制螺旋桨横向激励通过艉轴承支承向壳体传递,降低螺旋桨横向脉动力诱发的壳体表面振动与声辐射.建立了桨轴系-主动支承-壳体的耦合动力...     

基于降阶模型的水下结构振动主动控制仿真及实验研究

基于降阶模型对水下结构振动的主动控制进行了仿真及实验研究,并取得了较好的抑制振动的效果。基于结构在可压缩流体加载下的无阻尼实模态矩阵建立了水下结构的降阶模型,由于维数的降低,进而能够设计出相对简化的主动控制系统,减少传感器和作动器的数量。通过线性二次型最优控制和结构主动变刚度控制两种方法对水下结构振动进行了主动控制仿真,均使结构振动有所下降。仿真结果显示线性二次型最优控制能够降低结构振动的峰值,而结构主动变刚度控制能够将结构的固有频率按照需要进行改变。还通过水下平板振动主动控制模型实验,验证了主动控制技术对水下结构的减振效果。     

用于推进轴系振动分析的改进数值组装法

为计算推进轴系的中高频振动,对现有数值组装法(numerical assembly method, NAM)进行改进。改进的数值组装法(modified NAM, m-NAM)首先将推进轴系等效为多跨阶梯Timoshenko梁,采用精确的振动微分方程描述等截面梁段,并根据节点连续性条件构建系统矩阵方程,然后设计加权矩阵,通过行归一化降低系统矩阵的病态程度,解决NAM的高频数值发散问题。通过数值算例比较m-NAM、NAM、连续质量传递矩阵法和解析法,计算结果表明,m-NAM显著拓宽了轴系振动频率的计算范围,在高频段仍保持较高的计算精度。     

推进轴系橡胶艉轴承刚度等效研究

研究推进轴系橡胶艉轴承刚度等效方法,给出重力作用下的轴系艉轴承的等效支承位置及刚度。建立转轴-轴承非线性接触有限元模型,获得轴承表面压力和位移分布,然后采用单点、多点支承模型进行刚度等效。结果表明,单点支承等效可以较为准确地描述转轴位移,但转角不够准确;5点支承等效较单点支承等效具有更高的精度,可以较为准确地描述轴系变形,而且动刚度等效也能较准确地描述频响特性(微幅振动条件下),尤其对于低频区域(小于60 Hz),与转轴-轴承接触模型的计算结果几乎一致。     

航天器姿态机动的自适应鲁棒控制及主动振动抑制

针对航天器在进行姿态机动时挠性附件的主动振动控制问题,提出一种基于自适应鲁棒方法和 理论相结合的控制方案。为有效地进行振动抑制,主动振动控制器采用 状态反馈理论,并且设计时充分考虑由于忽略挠性附件模型高阶模态所带来的结构不确定性,保证振动的快速衰减和方法的鲁棒性。同时,采用自适应鲁棒方法设计姿态控制器,有效地降低干扰和转动惯量不确定性对系统性能的影响,并采用Lyapunov方法分析系统的稳定性。最后,数字仿真结果说明,本文提出的方法是合理和有效的。     

混凝土泵车臂架振动响应的主动控制实验研究

考虑混凝土泵车臂架结构特点,采用独立模态空间控制方法对泵送混凝土激励下的臂架末臂节振动响应进行了主动控制试验研究。针对泵车臂架系统的动力学模型,采用模态滤波技术和最优控制理论设计主动控制策略,通过优选臂节油缸的作动控制以实现对臂架一阶模态振动响应的实时控制。实验结果表明,采用该主动减振控制后水平工况下臂架末端的减振精度可达80%,取得了显著的减振实验效果     

基于压电元件的悬臂梁振动与噪声主动控制实验研究

本文根据电致阻尼的原理，构造了相应的自适控制系统，用压电元件对悬臂结构振动与噪声的控制进行了实验与研究。结果表明：压电元件能在较广的动态范围内对薄壁结构的振动进行有效的控制，并使结构辐射噪声得到明显的衰减。     

基于附板的结构振动抑制与传递衰减特性研究

针对在侧板上连接附板所形成的T型连接结构,开展了振动衰减特性的机理分析。在此基础上,运用有限元法系统地探讨了附板各结构参数变化对结构振动的抑制和传递衰减规律,并将研究成果应用到内燃机油底壳挡油板的改进设计中。结果表明,附板厚度相比其它结构参数能更显著地降低局部区域的振幅,衰减振动的传递;双层附板与增加板厚有相同的振动抑制和传递衰减变化趋势,但其效果要好于单层附板厚度增加。     

基于立方体STEWART的微振动主动控制分析与实验

采用立方体结构隔振平台,它具有各向同性以及轴向运动解耦等特点。对立方体Stewart平台分别进行运动学和动力学分析,获得杆长与平台姿态的雅克比矩阵,揭示平台振动传递特性。采用压电叠堆为主动控制单元,设计立方体Stewart主动隔振平台,并通过实验测定平台主动杆在5~120Hz频带内的输出特性,通过实测数据修正理论分析得到的雅克比矩阵。结合Fx-LMS主动控制算法,对基础干扰进行主动抑制,实验结果表明,在5~120Hz范围内,对于单频干扰,平台可实现30 dB抑制效果。     

艉轴承标高对轴系横向振动的影响理论分析

船舶推进轴系的对中状态直接影响轴系的振动,分析其影响规律对于识别和有效控制异常振动具有重要意义。文中艉轴承支撑力采用与标高有关的非线性模型,考虑螺旋桨的不平衡回旋,在此基础上根据有限元方法建立了连续轴系的非线性动力学模型。通过求解非线性动力学响应,分析艉轴承标高与轴系垂直弯曲振动二者之间的关系,可为改善轴系对中状况与减小轴系振动提供参考。     

船用低速五缸柴油机推进轴系扭振性能的改进与计算

国内的低速柴油机制造厂 ,船舶设计部门、造船厂和船东好象已经有一种共识 :艉机舱推进轴系使用低速五缸柴油机作主机时 ,都要用扭振减振器。但是 ,只要在设计时合理选用柴油机转速 ,并采用高强度低合金钢来制造中间轴 ,这类轴系大部分是不需要扭振减振器的。     

转子/密封系统失稳振动抑制的动力吸振方法研究

针对密封中流体引起转子/密封系统振动失稳的问题。提出采用动力吸振器(DVA)实现转子/密封系统失稳振动抑制。建立转子/密封-DVA系统非线性微分方程,采用数值方法求解并获得附加DVA前后转子/密封系统的非线性特性;根据Hurwitz判据获得系统的临界稳定条件;通过遗传算法优化DVA参数,获得附加优化DVA前后转子/密封系统稳定性。结果表明:附加DVA能够改变转子/密封系统失稳振动频率和失稳阈值;在一定的转速范围内失稳振动被完全抑制;在不完全抑制的转速范围内,附加DVA能降低失稳振动的振幅。     

单模态振动机构输入整形振动主动控制研究

小阻尼单模态振动机构的动力学特性表现为长时间减幅振动特性,如果仅仅采用小冲击的输入信号来抑制系统的振动,就可能降低系统的响应速度。为了有效解决这一问题,将时滞环节引入控制系统中,提出PD结合输入整形控制策略,研究在S型曲线输入信号作用下PD结合输入整形控制系统的振动特性,定量分析输入整形对单模态振动机构振动幅值的作用规律。在相同反馈增益的情况下与PD反馈控制相比较,PD结合输入整形控制系统的响应无超调,而且输入整形在半个振动周期内消除单模态振动机构的残留振动,从而减小了系统的稳定时间,提高了系统的响应速度。     

基于输入估计方法的振动主动控制试验研究

针对一种基于随机游走和输入估计策略的振动主动控制方法进行了试验研究。该方法涉及的动力学模型既依赖于受控系统的基本物理参数,又与未知的外扰激励密切相关。首先采用模态识别方法离线辨识系统的物理参数,以获得系统状态方程,再利用随机游走模型将未知外扰视为辅助状态量来构造新的状态方程,并借助Kalman滤波原理对新状态方程中的未知状态进行估计,进而得到未知状态和外扰的估计值。根据系统已知的测量输出、未知状态及外扰的估计值构造目标函数,应用LQG方法求解控制器增益,得到考虑未知外扰的最优控制输入。以柔性悬臂梁模型作为受控对象,对其实施振动主动控制,试验结果表明,该控制方法能有效抑制模型的前四阶模态振动,特别是对低阶模态的控制,其效果远优于经典LQG控制方法。     

基于输出预估自抗扰策略的加筋壁板结构多模态振动主动控制

针对加筋壁板结构中存在的模型难以精确确定和多模态外界干扰等问题,基于加速度传感器,提出了一种不依赖结构精确数学模型的多模态线性自抗扰振动主动控制(Linear Active Disturbance Rejection Control)策略。由于加速度传感器和压电驱动器的异位配置不可避免地使得整个控制系统存在时延。为解决该问题,利用Smith预估器的原理,引入输出预估器来补偿时延,这样设计的自抗扰振动主动控制器能够很好地解决时延对结构振动性能的影响。基于dSPACE实时仿真平台、利用加速度传感器、压电片驱动器,设计并建立四面固支压电加筋壁板结构实验系统,对提出的控制方法进行试验比较研究。最后的试验结果表明,采用提出的具有输出预估功能的自抗扰振动控制器,能够快速有效地抑制结构的多模态振动。     

基于LMS算法的磁悬浮轴承系统振动补偿

主动磁悬浮轴承转子高速旋转时会对系统产生周期性不平衡激振力响应,此响应会降低系统的控制精度、稳定性以及限制转子速度的提高等.针对此响应对系统的影响,首先,从轴承转子机械特性及系统控制过程分析系统周期性力产生的原因;其次,以振动在系统控制过程中体现的正弦形式信号为处理对象,采用最小均方差(LMS)算法与数字PID联合控制的方法实现滤波补偿;然后,通过分析定步长LMS算法与PID参数及被处理信号的频率的相互影响,提出了一种依据转子位移信号频率变化而实时变频切换补偿的控制策略;最后通过实验台实验验证了方法的有效性,为轴承转速的进一步提高奠定基础.     

电磁轴承振动传递特性研究

通过有限元方法建立转子的仿真模型,结合电磁轴承动态模型获得整个电磁轴承支承转子闭环系统状态方程。基于该状态空间模型,计算转子受外扰力作用时轴承处力传递率频域响应、在外冲击力作用下位移响应及动态力响应,以此考察电磁轴承的振动传递特性,并与滚珠轴承进行对比。计算结果表明,电磁轴承的刚度阻尼等支承特性与滚珠轴承显著不同,其力的传递率频域响应较平缓,无滚珠轴承支承时某些频率附近的突出峰值。在冲击力作用下电磁轴承支承时,转子位移及动态轴承力振动均能较快恢复稳定状态,振动传递明显减小。     

基于压电分支阻尼技术的航空发动机叶片振动抑制方法研究

开展基于压电分支阻尼技术的叶片振动抑制方法研究。首先,对于叶片结构和压电陶瓷构成的机电耦合系统,研究其有限元动力学建模方法及模型减缩技术;其次,分析了经典的谐振分支电路以及含负电容的电感-电阻分支电路的原理和方法;最后,实际构建上述压电分支电路,重点研究了大电感和负电容的物理实现方法,并通过实验考察压电分支阻尼对某型航空发动机压气机叶片结构振动抑制的效果。实验结果表明:该建模及分析方法引入了压电陶瓷“等效电容”的概念,能够准确地预测叶片-压电陶瓷机电耦合系统的动力学特性,具备处理实际复杂叶片结构的能力;谐振分支电路在抑制叶片单阶模态振动方面效果显著,负电容的引入能够有效地增强压电分支阻尼效应。     

考虑作动器输出约束的圆柱壳基础主被动联合隔振系统

针对圆柱壳内动力装置的减振降噪问题,建立由动力装置振源、隔振支承及圆柱壳基础组成的自适应前馈控制主被动混合隔振系统模型。在频域分析中引入剪断算法及泄漏算法以计及作动器的输出约束。考虑被动弹性支承的分布参数特性,以输入到圆柱壳基础的总功率最小、径向力最小及径向速度最小为控制策略,运用子结构导纳法推导总体系统的动态特性传递矩阵方程。研究表明：两种算法均能收到良好的主动控制力约束效果,并可有效抑制最小化径向力及最小化径向速度策略下的“功率循环”现象发生。采用径向速度最小化策略会改变壳体基础的边界条件配置,使得功率流谱中基础模态峰值右移。外扰引起的被动隔振器纵向及弯曲谐振使得高频域系统功率流谱中个别峰值峭立突出,成为诱发高频声辐射的关键模态,应严格限制。旨在为下一步的试验工作及实际应用提供理论指导。     

主动隔振作动器刚度放大与控制误差分析

研究了主动隔振系统中作动器的刚度放大与控制误差问题。主动隔振系统中作动器的刚度应与其负载刚度相匹配,如果负载较大或者作动器刚度较小,可以利用作动器与小刚度弹簧串联的方式放大输出刚度。分析了控制器的输出误差均匀分布时主动隔振系统的隔振性能,分析表明,对作动器刚度放大时,需要同时提高控制器的相对精度与作动器的行程才能保证原有的隔振效果,作动器的输出刚度与控制器相对精度、作动器的输出行程两参数具有等效性与替代性。这为设计主动隔振系统时控制器与作动器在更广阔的范围内选择提供了依据。