分布参数双层隔振系统的主被动控制机理研究

发布时间：2017-10-18 12:11

  本文关键词：分布参数双层隔振系统的主被动控制机理研究

  更多相关文章： 振动 导纳 功率流 双层隔振 主动控制

【摘要】：双层隔振系统以其高效的高频隔振效率广泛应用于舰船、发电机组、航空航天器等领域。针对当前双层隔振系统建模分析的不健全性,本文以振动能量传递路径控制的观点,进一步完善双层隔振系统的理论建模与分析基础。首先,对工程实际采用的两类由多向复合扰动振源、橡胶隔振器、中间质量(柔性连续筏体或分散集总参数质量块)、弹性基础结构组成的双层被动隔振系统,建立其分布参数分析模型。基于导纳矩阵理论推导总体系统的动态特性传递方程。结合实例,以功率流为价值函数探讨两类双层被动隔振系统的振动传递机理及隔振效果。其次,针对有源隔振研究中存在的问题,建立前馈自适应控制双层隔振系统的数理模型；考虑实际作动器输出阈值的限制,分别以接受基础支承接点处的输入径向力最小化、径向速度响应最小化、径向功率流最小化、径向速度和径向力加权和最小化及总功率最小化五种控制策略对比分析复合扰源激励下,三种作动器布置方案(振源／上层控制、接受基础／下层控制、全控制)的隔振效果优劣程度。最后,以浮筏隔振系统为例,检验所建分布参数双层主被动隔振系统分析模型对于多振源、多向复合激励情况下的适用性。具体内容如下：基于振动能量传递概念,建立中间连续筏体和中间分散质量两类双层隔振系统的解析模型。其中,连续筏体中间质量、上下层隔振器及柔性安装基础模化为分布参数结构,并且振源激励中包含多向复合的力及力矩组分,以考虑多向振动输入能量在系统构成间的传递、耦合及相互作用影响。基于导纳矩阵理论对两类双层隔振系统的动态特性传递方程进行理论推导。以功率流为价值函数揭示系统振动传递机理并阐述实际双层隔振设计需遵循的一般规律。实例研究表明：力矩激励在隔振系统能量传输中扮演着重要角色,应尽量减少力矩扰动带来的能量注入；在能耗效率及安装空间允许条件下,适当放大中间质量,可获得更佳的隔振效果；中间筏体的柔性、隔振器的分布参数特性以及安装基础的非刚性因素使得中高频隔振性能恶化,采用中间分散质量方案可有效避免筏体柔性模态影响,并能显著降低隔振器驻波同柔性筏体模态间的耦合交互引起的能量峰值。针对双层被动隔振系统低频控制效果不佳的问题,提出有源前馈自适应控制解决方案。建立复杂激励下整体系统的解析形式数理模型,采用子结构导纳分析法推导其动态特性传递方程。为考虑实际作动器的输出约束,将作动器输出的次级力阈值作为惩罚项,加权后写入控制目标函数。分别以输入到安装基础的总功率流、接受基础支承接点处的输入径向力、径向速度响应、径向功率流、径向速度和径向力加权和为价值函数,探讨复合扰源激励下,三种作动器布置方案(振源控制、基础控制、全控制)的隔振效果优劣程度。实例研究表明：总功率流最小化控制策略下,全控制方式可以结合振源控制及基础控制分别在刚体模态频段和中高频段的振动控制优势,实现宽频域内功率流的最优控制；基础控制策略相比振源控制策略更能充分利用中间质量所带来的高频隔振效率,在作动器提供少量输出力情况下实现优越的振动控制效果。建立由多维复合扰动振源(包含横向力、垂向力及力矩激励)、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舰船浮筏混合隔振系统的广义数理模型；基于导纳矩阵理论,给出浮筏混合隔振系统动态传递特性的统一数学描述。探究不同维度扰源激励、中间筏体结构柔性及隔振器内共振对系统振动传递特性的影响机理。为统一设计和评价准则,以传递到安装基础的总功率流为最优控制价值函数,将作动力矢量及其输出阈值上限作为惩罚项来定量考虑实际作动器输出约束的限制,对比分析复合扰源激励下,三种作动器布置方案(上层主动控制、下层主动控制、全主动控制)对于多个激励振源的隔振效果优劣程度。实例研究表明：力矩激励同样在浮筏隔振系统能量传输中扮演着重要角色,应尽量减少力矩扰动带来的能量注入；中间筏体结构的柔性及其与隔振器内共振的耦合交互作用使得中高频段系统隔振性能恶化；全主动控制策略可以结合上、下层主动控制策略分别在低频段和中高频段的振动控制优势,能够实现宽频域内声振能控制的最优化。
【关键词】：振动 导纳 功率流 双层隔振 主动控制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB535.1
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第1章 绪论15-27
• 1.1 课题研究背景、内容及意义15-17
• 1.2 单层隔振理论的研究与发展概况17-22
• 1.2.1 被动隔振理论17-19
• 1.2.2 主动隔振理论19-22
• 1.3 双层隔振理论的研究与发展概况22-24
• 1.3.1 被动隔振理论22-23
• 1.3.2 主动隔振理论23-24
• 1.4 本文的主要工作24-27
• 第2章 双层隔振系统建模及其振动传递特性27-41
• 2.1 引言27
• 2.2 解析模型27-29
• 2.3 子系统分析29-32
• 2.3.1 机器子系统29-30
• 2.3.2 隔振支承子系统30
• 2.3.3 中间质量子系统30-31
• 2.3.4 基础子系统31-32
• 2.4 子系统动态特性综合32-33
• 2.5 系统传递特性分析33-39
• 2.6 本章小结39-41
• 第3章 双层主动隔振系统约束输出控制策略41-59
• 3.1 引言41
• 3.2 理论建模41-42
• 3.3 子系统分析42-44
• 3.3.1 机器子系统42
• 3.3.2 隔振支承子系统42-43
• 3.3.3 中间质量子系统43
• 3.3.4 基础子系统43-44
• 3.4 子系统动态特性综合44-45
• 3.4.1 上层隔振支承并联作动器44
• 3.4.2 下层隔振支承并联作动器44-45
• 3.4.3 上、下层隔振支承并联作动器45
• 3.5 主动控制策略45-47
• 3.5.1 总功率流最小控制策略45-46
• 3.5.2 垂向速度最小控制策略46
• 3.5.3 垂向力最小控制策略46
• 3.5.4 垂向功率流最小控制策略46-47
• 3.5.5 垂向速度与垂向力加权和最小控制策略47
• 3.6 数值算例及结果分析47-57
• 3.7 本章总结57-59
• 第4章 浮筏混合隔振系统建模及约束输出控制策略59-73
• 4.1 引言59
• 4.2 理论建模59-60
• 4.3 子系统分析60-62
• 4.3.1 机组子系统60
• 4.3.2 隔振支承子系统60-61
• 4.3.3 中间质量子系统61-62
• 4.3.4 基础子系统62
• 4.4 子系统动态特性综合62-63
• 4.5 约束输出控制策略63-64
• 4.6 数值算例与结果分析64-71
• 4.6.1 解析模型有效性验证66-67
• 4.6.2 耦合振动机理探究67-71
• 4.7 本章小结71-73
• 全文总结与展望73-77
• 总结73-75
• 展望75-77
• 参考文献77-85
• 致谢85-87
• 攻读硕士期间发表的论文与获奖情况87-88
• 附件88

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本文编号：1054855