浮筏主动隔振系统频率波动扰动的H_∞控制实验研究

发布时间：2020-07-13 21:01

【摘要】：减小舰船动力机械的振动能有效提高其隐蔽性和侦察能力。隔振技术是降低机械振动的有效手段之一。振动主动控制技术能克服传统被动隔振技术存在低频隔振效果差的缺陷,因而获得了广泛研究。现有的振动主动控制方法大都将扰动信号默认为周期性扰动,而动力机械运转时产生的振动实际上是频率波动扰动,现有的控制方法针对此类扰动是否仍具有良好的抑制能力还需研究。反馈控制方法能有效抑制频率波动扰动。当采用该方法设计控制器时,被控对象的数学模型需要是已知的。而此模型与实际的被控对象存在一定差别,该差别影响所设计的闭环控制系统的稳定性。H_∞控制方法能解决由模型的不确定性引起的系统稳定性问题,采用该方法所设计的控制器具有很强的鲁棒稳定性。同时,H_∞控制方法能对闭环系统的频响函数进行整形,根据该方法所设计的控制系统能有效抑制频率波动扰动。为此,本文采用H_∞控制方法来抑制动力机械运行时产生的频率波动扰动,并进行相关的仿真和实验研究。本文主要研究内容包括:浮筏主动隔振系统的控制通道建模、抑制频率波动扰动的H_∞控制器设计和浮筏主动隔振系统的H_∞控制实验。设计并完成了系统辨识实验,调用系统辨识工具箱辨识出两输入两输出连续传递函数模型,并分别在时域和频域检验该模型的拟合度,时域拟合度和频域拟合度都在85%以上。研究了混合灵敏度问题中加权函数的选取方法。针对SISO系统设计了抑制单频波动扰动和抑制双频波动扰动的控制器,针对MIMO系统设计了抑制单频波动扰动的控制器。对所设计的控制系统进行了数值仿真,仿真结果表明,控制前后,误差信号的最大幅值都下降了50%以上,误差信号中的主频幅值都下降了10dB以上。在浮筏主动隔振系统上进行了单激励源单通道控制实验、多激励源单通道控制实验和单激励源多通道控制实验。实验取得了明显的减振效果,控制前后,误差信号的RMS(Root Mean Square)值都下降了74%以上,误差信号中的主频幅值都下降了13dB以上。实验结果与仿真结果基本一致。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;U674.70
【图文】：

示意图,振动主动控制,原理,示意图

振动的主动控制方法研究最早诞生于 20 世纪 30 年代，但受一段时间内都处于理论研究阶段。器的开发，振动主动控制技术才得应用，各种各样的控制策略和控制动主动控制主要分为抑制结构振动

框图,框图,传递函数矩阵,增广

关系可用传递函数矩阵或状5)所示。( ) ( )( )( ) ( )zw zuyw yuw P s P sP su P s P s = = (2-16)所示。[ ]1 21 11 122 21 22wx Ax B Buz C D Dwxy C D Du = + = + 表示，如式(2-17)所示。1 21 11 122 21 22A B BC D DC D D 以理解为：对于给定的增广被闭环控制系统内部稳定又能使

主动隔振系统,浮筏,机械装置

筏主动隔振系统的电控装置如图 3-2 所示，它主要由加速度传感器、调理、低通滤波器、信号发生器、dSPACE1103 系统和功率放大器组成。其中CE1103 系统由硬件和软件两大部分组成，硬件包括接线面板 CLP1103、控DS1103、光纤线(与计算机相连的橙红色双端口信号线)、实时接口 RTI(内机的主板上)和上位机。软件包括基于 Simulink 的算法开发软件和应用调 Control Desk。加速度传感器采集的加速度信号经过调理放大器和低通滤输出与加速度成正比的电压信号，该信号被 dSPACE1103 系统的 A/D 口通过 D/A 口输出控制信号。控制信号经过功率放大器放大后驱动动电磁，电磁作动器输出相应的控制力抵消由电机产生的频率波动扰动。

【参考文献】