基于Simulink的舰船主炮半主动控制隔振系统仿真与分析
发布时间：2021-03-19 12:34
当前隔振研究中,振动控制策略无论是在学术研究还是在实际应用中都得到了迅速的发展。半主动控制已成为近年来振动控制研究的热点之一,因为其控制效果接近主动控制策略,而且只需要输入少量的能量。半主动隔振器最大的优势,就是根据时变系统进行实时调整,方便灵活。磁流体液属于一类新的智能材料,其流变性能可通过调整施加的磁场来控制。基于磁流变液开发的隔振器结构简单,阻尼力可连续调节。它响应速度快,阻尼力大,能耗低的优点使其成为最优秀半主动控制器之一,应用前景非常广阔。本文的目的是研究这种隔振器在舰船主炮隔振系统中的应用可能性,并分析其在结构减振方面的性能。本文首先论述了的研究背景及目的,归纳总结了国内外舰船隔振系统、半主动控制、仿真技术的研究现状。提出了磁流变技术在舰船主炮隔离系统中应用的可行性。其次,简要说明了国内外磁流变液和磁流变阻尼器的研究情况。分类介绍了各种主流磁流变阻尼器的力学模型;适用于舰船主炮系统磁流变阻尼器力学模型的分析与选择。然后利用牛顿定律建立舰船主炮模型的动力学方程,应用Simulink软件仿真简化隔振系统模型,分析隔振系统可以改善和优化的参数,接着对隔振系统进行有限元ABAQUS...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Bingham模型
2磁流变液和磁流变阻尼器7控制方程如下：F=k1(x2x1)+c1(x2x1)+f0=c0x1+fcsgn(x1)+f0=k2(x3x2)+f0|F|>fc(2.3)F=k1(x2x1)+c1x2+f0=c0x+fcsgn(x1)+f0|F|<fc(2.4)式中，c0代表阻尼系数。这个力学模型与试验所得的随位移变化的力曲线非常相似，而且随速度变化的力曲线的关系差别不大，用此模型却在数值计算时却遇到了相当大的困难，逐步积分时，所采用的时间不长需达到10-量级，故此模型的在应用上有很大的局限。图2.2改进的BINGHANM模型Fig2.2ImprovedBINGHANMmodel2.2.3BoueWen模型Bouc-Wen模型适用性强、非常方便数值计算、能反映各种滞回曲线[48]。如图2.3所示，阻尼力可以用下式表示为：F=αz+kx+cx(2.5)z=γ|x|z|z|n1βx|z|n+Ax(2.6)式中，阻尼系数c为一常数；A是由MR液和控制系统共同决定的值；x为MR阻尼器活塞与缸体的相对速度。通过调整参数γ、β和A，可以控制卸载时力-速度曲线的走向和屈服前到屈服后的平顺度。根据MR阻尼器实验结果，考虑到剪切变稀效应、惯性力和静态阻尼力，改进了Bouc-Wen模型，数学表达式如式（2.7），模型如图2.3所示。
重庆大学硕士学位论文8图2.3BoueWen模型Fig2.3BoueWenmodel图2.4现象模型Fig2.4PhenomenonmodelFf0=αz+kx+c(x)x+mx(2.7)式中，m代表MR阻尼器的等效质量，f0代表活塞与缸体的摩擦力，c(x)代表后屈服塑性阻尼系数，如下式：c(x)=a1e(a2|x|)p(2.8)其中，a1、a2及p为正数2.2.4含有质量因子的温度现象模型在振动状态下，MR阻尼器把机械的振动能量转变成MR流体的内能，使MR液的温度不断提升[26]。基于流体能量守恒定律的温度现象模型被发表。该模型的示意图如图2.4所示。其原理公式如下所示：F=f(T)(c(x)x)+mx+az)(2.9)z=γ|x|z|z|n1βx|z|n+Ax(2.10)式中，f(T)和c(x)分别表示为：f(T)=exp(at1(273T)2+at2(273T)+at3)(2.11)c(x)=ac1exp((ac2|x|)p(2.12)式中，F(t)代表由温度决定的参数，F和x分别代表MR阻尼器的阻尼力及速度，T代表温度，z代表滞变位移，m代表考虑磁流变体惯性效应的等效质量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变阻尼器的改进多项式模型及验证[J]. 周铁明,陈恩伟,陆益民,刘正士,陈无畏. 振动与冲击. 2014(07)
[2]双面抛光机上研磨盘振动抑制的半主动控制方法[J]. 徐慧鑫,赵文宏,陈晨,周芬芬,程城远. 机电工程. 2012(11)
[3]磁流变阻尼器的神经网络建模及在半主动控制中的应用[J]. 廖英英,刘永强,刘金喜. 北京交通大学学报. 2011(06)
[4]金属橡胶的研究及应用进展[J]. 李玉龙,何忠波,白鸿柏,李冬伟,郝慧荣,席建敏. 兵器材料科学与工程. 2011(01)
[5]磁流变阻尼器的研究及应用现状[J]. 张登友,鲁嘉,刘奇,唐龙. 中国仪器仪表. 2007(10)
[6]滞后非线性模型的研究进展[J]. 李韶华,杨绍普. 动力学与控制学报. 2006(01)
[7]基于磁流变阻尼器的履带车辆悬挂系统半主动控制[J]. 熊超,郑坚,吕建刚,张莉. 中国机械工程. 2005(13)
[8]基于磁流变阻尼器整车半主动悬架的开关控制[J]. 王昊,胡海岩. 动力学与控制学报. 2004(04)
[9]磁流变阻尼器性能及振动控制[J]. 夏品奇,岳海龙. 航空动力学报. 2004(03)
[10]H∞优化控制理论在半主动控制中的应用[J]. 刘栋栋,李淑玉. 世界地震工程. 2003(03)
博士论文
[1]起落架摆振的非线性分析及控制[D]. 陈大伟.南京航空航天大学 2012
[2]车辆半主动悬架非线性特性与控制算法研究[D]. 吴参.浙江大学 2010
[3]基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制[D]. 翁建生.南京航空航天大学 2002
[4]车辆悬架振动的神经网络半主动控制[D]. 郭大蕾.南京航空航天大学 2002
硕士论文
[1]基于磁流变阻尼器的车辆座椅悬架半主动控制研究[D]. 高伟.西安科技大学 2012
[2]基于磁流变阻尼器的舰船智能基座研究[D]. 李子松.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于磁流变阻尼器的发动机隔振神经网络控制的研究[D]. 段伟建.重庆交通大学 2010
[4]工作状态下磁流变阻尼器的力学特性研究[D]. 沈志华.哈尔滨工程大学 2008
[5]基于磁流变阻尼器的机床减振半主动控制[D]. 张天宇.西安科技大学 2007
本文编号：3089574
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Bingham模型
2磁流变液和磁流变阻尼器7控制方程如下：F=k1(x2x1)+c1(x2x1)+f0=c0x1+fcsgn(x1)+f0=k2(x3x2)+f0|F|>fc(2.3)F=k1(x2x1)+c1x2+f0=c0x+fcsgn(x1)+f0|F|<fc(2.4)式中，c0代表阻尼系数。这个力学模型与试验所得的随位移变化的力曲线非常相似，而且随速度变化的力曲线的关系差别不大，用此模型却在数值计算时却遇到了相当大的困难，逐步积分时，所采用的时间不长需达到10-量级，故此模型的在应用上有很大的局限。图2.2改进的BINGHANM模型Fig2.2ImprovedBINGHANMmodel2.2.3BoueWen模型Bouc-Wen模型适用性强、非常方便数值计算、能反映各种滞回曲线[48]。如图2.3所示，阻尼力可以用下式表示为：F=αz+kx+cx(2.5)z=γ|x|z|z|n1βx|z|n+Ax(2.6)式中，阻尼系数c为一常数；A是由MR液和控制系统共同决定的值；x为MR阻尼器活塞与缸体的相对速度。通过调整参数γ、β和A，可以控制卸载时力-速度曲线的走向和屈服前到屈服后的平顺度。根据MR阻尼器实验结果，考虑到剪切变稀效应、惯性力和静态阻尼力，改进了Bouc-Wen模型，数学表达式如式（2.7），模型如图2.3所示。
重庆大学硕士学位论文8图2.3BoueWen模型Fig2.3BoueWenmodel图2.4现象模型Fig2.4PhenomenonmodelFf0=αz+kx+c(x)x+mx(2.7)式中，m代表MR阻尼器的等效质量，f0代表活塞与缸体的摩擦力，c(x)代表后屈服塑性阻尼系数，如下式：c(x)=a1e(a2|x|)p(2.8)其中，a1、a2及p为正数2.2.4含有质量因子的温度现象模型在振动状态下，MR阻尼器把机械的振动能量转变成MR流体的内能，使MR液的温度不断提升[26]。基于流体能量守恒定律的温度现象模型被发表。该模型的示意图如图2.4所示。其原理公式如下所示：F=f(T)(c(x)x)+mx+az)(2.9)z=γ|x|z|z|n1βx|z|n+Ax(2.10)式中，f(T)和c(x)分别表示为：f(T)=exp(at1(273T)2+at2(273T)+at3)(2.11)c(x)=ac1exp((ac2|x|)p(2.12)式中，F(t)代表由温度决定的参数，F和x分别代表MR阻尼器的阻尼力及速度，T代表温度，z代表滞变位移，m代表考虑磁流变体惯性效应的等效质量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变阻尼器的改进多项式模型及验证[J]. 周铁明,陈恩伟,陆益民,刘正士,陈无畏. 振动与冲击. 2014(07)
[2]双面抛光机上研磨盘振动抑制的半主动控制方法[J]. 徐慧鑫,赵文宏,陈晨,周芬芬,程城远. 机电工程. 2012(11)
[3]磁流变阻尼器的神经网络建模及在半主动控制中的应用[J]. 廖英英,刘永强,刘金喜. 北京交通大学学报. 2011(06)
[4]金属橡胶的研究及应用进展[J]. 李玉龙,何忠波,白鸿柏,李冬伟,郝慧荣,席建敏. 兵器材料科学与工程. 2011(01)
[5]磁流变阻尼器的研究及应用现状[J]. 张登友,鲁嘉,刘奇,唐龙. 中国仪器仪表. 2007(10)
[6]滞后非线性模型的研究进展[J]. 李韶华,杨绍普. 动力学与控制学报. 2006(01)
[7]基于磁流变阻尼器的履带车辆悬挂系统半主动控制[J]. 熊超,郑坚,吕建刚,张莉. 中国机械工程. 2005(13)
[8]基于磁流变阻尼器整车半主动悬架的开关控制[J]. 王昊,胡海岩. 动力学与控制学报. 2004(04)
[9]磁流变阻尼器性能及振动控制[J]. 夏品奇,岳海龙. 航空动力学报. 2004(03)
[10]H∞优化控制理论在半主动控制中的应用[J]. 刘栋栋,李淑玉. 世界地震工程. 2003(03)
博士论文
[1]起落架摆振的非线性分析及控制[D]. 陈大伟.南京航空航天大学 2012
[2]车辆半主动悬架非线性特性与控制算法研究[D]. 吴参.浙江大学 2010
[3]基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制[D]. 翁建生.南京航空航天大学 2002
[4]车辆悬架振动的神经网络半主动控制[D]. 郭大蕾.南京航空航天大学 2002
硕士论文
[1]基于磁流变阻尼器的车辆座椅悬架半主动控制研究[D]. 高伟.西安科技大学 2012
[2]基于磁流变阻尼器的舰船智能基座研究[D]. 李子松.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于磁流变阻尼器的发动机隔振神经网络控制的研究[D]. 段伟建.重庆交通大学 2010
[4]工作状态下磁流变阻尼器的力学特性研究[D]. 沈志华.哈尔滨工程大学 2008
[5]基于磁流变阻尼器的机床减振半主动控制[D]. 张天宇.西安科技大学 2007
本文编号：3089574
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