分布參數(shù)雙層隔振系統(tǒng)的主被動(dòng)控制機(jī)理研究.pdf

1、雙層隔振系統(tǒng)以其高效的高頻隔振效率廣泛應(yīng)用于艦船、發(fā)電機(jī)組、航空航天器等領(lǐng)域。針對(duì)當(dāng)前雙層隔振系統(tǒng)建模分析的不健全性，本文以振動(dòng)能量傳遞路徑控制的觀點(diǎn)，進(jìn)一步完善雙層隔振系統(tǒng)的理論建模與分析基礎(chǔ)。首先，對(duì)工程實(shí)際采用的兩類由多向復(fù)合擾動(dòng)振源、橡膠隔振器、中間質(zhì)量（柔性連續(xù)筏體或分散集總參數(shù)質(zhì)量塊）、彈性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成的雙層被動(dòng)隔振系統(tǒng)，建立其分布參數(shù)分析模型?；趯?dǎo)納矩陣?yán)碚撏茖?dǎo)總體系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性傳遞方程。結(jié)合實(shí)例，以功率流為價(jià)值函數(shù)探討

2、兩類雙層被動(dòng)隔振系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞機(jī)理及隔振效果。其次，針對(duì)有源隔振研究中存在的問(wèn)題，建立前饋?zhàn)赃m應(yīng)控制雙層隔振系統(tǒng)的數(shù)理模型;考慮實(shí)際作動(dòng)器輸出閾值的限制，分別以接受基礎(chǔ)支承接點(diǎn)處的輸入徑向力最小化、徑向速度響應(yīng)最小化、徑向功率流最小化、徑向速度和徑向力加權(quán)和最小化及總功率最小化五種控制策略對(duì)比分析復(fù)合擾源激勵(lì)下，三種作動(dòng)器布置方案（振源/上層控制、接受基礎(chǔ)/下層控制、全控制）的隔振效果優(yōu)劣程度。最后，以浮筏隔振系統(tǒng)為例，檢驗(yàn)所建分布參數(shù)

3、雙層主被動(dòng)隔振系統(tǒng)分析模型對(duì)于多振源、多向復(fù)合激勵(lì)情況下的適用性。具體內(nèi)容如下:
　　基于振動(dòng)能量傳遞概念，建立中間連續(xù)筏體和中間分散質(zhì)量?jī)深愲p層隔振系統(tǒng)的解析模型。其中，連續(xù)筏體中間質(zhì)量、上下層隔振器及柔性安裝基礎(chǔ)模化為分布參數(shù)結(jié)構(gòu)，并且振源激勵(lì)中包含多向復(fù)合的力及力矩組分，以考慮多向振動(dòng)輸入能量在系統(tǒng)構(gòu)成間的傳遞、耦合及相互作用影響?；趯?dǎo)納矩陣?yán)碚搶?duì)兩類雙層隔振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性傳遞方程進(jìn)行理論推導(dǎo)。以功率流為價(jià)值函數(shù)揭示系統(tǒng)振

4、動(dòng)傳遞機(jī)理并闡述實(shí)際雙層隔振設(shè)計(jì)需遵循的一般規(guī)律。實(shí)例研究表明:力矩激勵(lì)在隔振系統(tǒng)能量傳輸中扮演著重要角色，應(yīng)盡量減少力矩?cái)_動(dòng)帶來(lái)的能量注入;在能耗效率及安裝空間允許條件下，適當(dāng)放大中間質(zhì)量，可獲得更佳的隔振效果;中間筏體的柔性、隔振器的分布參數(shù)特性以及安裝基礎(chǔ)的非剛性因素使得中高頻隔振性能惡化，采用中間分散質(zhì)量方案可有效避免筏體柔性模態(tài)影響，并能顯著降低隔振器駐波同柔性筏體模態(tài)間的耦合交互引起的能量峰值。
　　針對(duì)雙層被動(dòng)隔振系

5、統(tǒng)低頻控制效果不佳的問(wèn)題，提出有源前饋?zhàn)赃m應(yīng)控制解決方案。建立復(fù)雜激勵(lì)下整體系統(tǒng)的解析形式數(shù)理模型，采用子結(jié)構(gòu)導(dǎo)納分析法推導(dǎo)其動(dòng)態(tài)特性傳遞方程。為考慮實(shí)際作動(dòng)器的輸出約束，將作動(dòng)器輸出的次級(jí)力閾值作為懲罰項(xiàng)，加權(quán)后寫入控制目標(biāo)函數(shù)。分別以輸入到安裝基礎(chǔ)的總功率流、接受基礎(chǔ)支承接點(diǎn)處的輸入徑向力、徑向速度響應(yīng)、徑向功率流、徑向速度和徑向力加權(quán)和為價(jià)值函數(shù)，探討復(fù)合擾源激勵(lì)下，三種作動(dòng)器布置方案（振源控制、基礎(chǔ)控制、全控制）的隔振效果優(yōu)劣程

6、度。實(shí)例研究表明:總功率流最小化控制策略下，全控制方式可以結(jié)合振源控制及基礎(chǔ)控制分別在剛體模態(tài)頻段和中高頻段的振動(dòng)控制優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)寬頻域內(nèi)功率流的最優(yōu)控制;基礎(chǔ)控制策略相比振源控制策略更能充分利用中間質(zhì)量所帶來(lái)的高頻隔振效率，在作動(dòng)器提供少量輸出力情況下實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的振動(dòng)控制效果。
　　建立由多維復(fù)合擾動(dòng)振源（包含橫向力、垂向力及力矩激勵(lì)）、分布參數(shù)主被動(dòng)一體式隔振器、中間柔性筏體及彈性安裝基礎(chǔ)組成的艦船浮筏混合隔振系統(tǒng)的廣義數(shù)理模型;

7、基于導(dǎo)納矩陣?yán)碚?，給出浮筏混合隔振系統(tǒng)動(dòng)態(tài)傳遞特性的統(tǒng)一數(shù)學(xué)描述。探究不同維度擾源激勵(lì)、中間筏體結(jié)構(gòu)柔性及隔振器內(nèi)共振對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)傳遞特性的影響機(jī)理。為統(tǒng)一設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，以傳遞到安裝基礎(chǔ)的總功率流為最優(yōu)控制價(jià)值函數(shù)，將作動(dòng)力矢量及其輸出閾值上限作為懲罰項(xiàng)來(lái)定量考慮實(shí)際作動(dòng)器輸出約束的限制，對(duì)比分析復(fù)合擾源激勵(lì)下，三種作動(dòng)器布置方案（上層主動(dòng)控制、下層主動(dòng)控制、全主動(dòng)控制）對(duì)于多個(gè)激勵(lì)振源的隔振效果優(yōu)劣程度。實(shí)例研究表明:力矩激勵(lì)同樣在浮