電磁式主被動復(fù)合隔振器關(guān)鍵技術(shù)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(shù)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(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)抗震、機(jī)械結(jié)構(gòu)減振控制、精密機(jī)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(lǐng)域中。傳統(tǒng)的被動隔振技術(shù)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(shí)際背景，結(jié)合主、

2、被動隔振各自的優(yōu)點(diǎn)，開展了電磁式主被動復(fù)合隔振器的設(shè)計(jì)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(fù)合隔振器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，基于FIR濾波器的自適應(yīng)前饋控制律設(shè)計(jì)，考慮內(nèi)部反饋下的自適應(yīng)前饋控制律設(shè)計(jì)，主被動復(fù)合隔振性能評價方法研究以及在隔振模擬實(shí)驗(yàn)平臺上的主動隔振實(shí)驗(yàn)研究。
　　 隔振器件是主被動復(fù)合隔振系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。本文結(jié)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(fù)合隔振器的基本設(shè)計(jì)原則。在此基礎(chǔ)上，

3、以某型隔振器的設(shè)計(jì)為例，對單級被動隔振系統(tǒng)的特性進(jìn)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(dāng)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(jìn)而提出了一種根據(jù)動力設(shè)備負(fù)載質(zhì)量，激振頻段下限頻率值以及臨界頻率比設(shè)計(jì)主被動復(fù)合隔振系統(tǒng)的方法，完成了主被動復(fù)合隔振器主、被動環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作。
　　 在電磁作動單元的設(shè)計(jì)上，本文采用磁路分

4、析方法給出了勻強(qiáng)磁場假設(shè)下電磁作動單元的解析模型，通過Ansoft仿真分析并結(jié)合作動器設(shè)計(jì)制作經(jīng)驗(yàn)，給出了電磁作動單元解析模型的適用范圍。在此基礎(chǔ)上，提出了主被動復(fù)合式隔振器電磁作動單元的設(shè)計(jì)指標(biāo)及步驟。根據(jù)設(shè)計(jì)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(guān)系，并引入電流環(huán)矯正技術(shù)加以補(bǔ)償。最后，對隔振器樣機(jī)進(jìn)行

5、了電磁力實(shí)驗(yàn)建模，結(jié)果表明電磁作動器的性能達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　 目前，應(yīng)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(yīng)前饋控制算法，但是這種算法的應(yīng)用需要對次級通道建模，這增加了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，且建模誤差可能導(dǎo)致算法發(fā)散。為此，本文結(jié)合FXLMS算法和LMS算法的幾何分析結(jié)果，改進(jìn)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(nèi)部反饋通道的存在使得自適應(yīng)濾波器的參考信號變得不穩(wěn)定，在這種情況下自適應(yīng)濾波器采用FIR結(jié)構(gòu)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(diǎn)和極點(diǎn)濾波器結(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)部反饋存在與否時算法的穩(wěn)定性條件，并以隔振模擬實(shí)驗(yàn)平臺為對象進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

7、>　　 本文引入了一種同時具有零點(diǎn)和極點(diǎn)的全反饋型濾波器結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)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(jìn)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(jì)交換誤差的方法對全反饋FULMS算法進(jìn)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(jìn)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(biāo)，如力傳遞率、插入損失、振級落差、功率流等進(jìn)行了分析比較，總結(jié)指出了各項(xiàng)傳統(tǒng)隔振性能指標(biāo)適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)。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(biāo)與隔振器理論設(shè)計(jì)指標(biāo)之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)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(xiàn)以及兩者之間的相互影響的主被動復(fù)合隔振性能指標(biāo)。最后，根據(jù)隔振

9、模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建情況對主被動復(fù)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(shí)現(xiàn)。
　　 建立了一套隔振模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以電磁式主被動復(fù)合隔振器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了適用于電磁式主被動復(fù)合隔振器主動隔振控制律，采用改進(jìn)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(jìn)行了振動主動控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)頻段內(nèi)