[01853291]智能阻尼浮筏隔振系统的半主动控制研究

一、任务来源及编号：该项目来源于河南省2010年科技发展计划,项目编号为102102210454。 二、应用领域和技术原理：浮筏隔振系统是应用于船舰上的一种隔振降噪装置。实际上,浮筏就是一种特殊的隔振系统,其机理是利用浮筏装置中弹性元件的阻尼和中间质量的设计来控制并衰减振动能量,从而获得较好的隔振效率。半主动隔振系统相当于用一个半主动器件代替主动控制中的主动执行器。该器件不对控制系统输入能量,但可以实时地根据控制信号改变其特性。半主动控制系统也可以认为是一个参数可变的被动隔振系统。半主动控制是被动控制和主动控制的结合物,自从半主动控制出现以来,它就因具有接近于被动控制的低成本和可靠性以及接近于主动控制的优异减振性能而越来越受到人们的关注。 三、性能指标： 1、针对带有电、磁流变液双线性、饱和非线性智能阻尼器的浮筏隔振半主动最优控制系统,研究阻尼器的阻尼变化规则对隔振效果的影响,并通过理论证明,提出阻尼的最佳变化规则来实现最佳的隔振效果。 2、针对双线性、饱和非线性智能阻尼浮筏隔振系统,根据阻尼的最佳变化规则,设计最优控制策略。在变分法的基础上,列出最优阻尼曲线的方程,对最优阻尼曲线进行了求解。引入脉冲函数,在最优控制曲线上,考虑了连续不可导点、间断点的影响。提出使用变分导数求解泛函的下降方向,利用梯度下降法求解泛函的极值,从而数值求解出优化的阻尼曲线。并研究此控制策略及仿真算法在实际隔振平台的隔振效果。 3、针对现有电、磁流变液双线性、饱和非线性智能阻尼器的浮筏隔振系统对高频激励的隔振效果达不到被动无阻尼隔振效果的情况,研究在高频激励下半主动控制的效果,首先通过理论计算得出在高频下半主动控制系统的可行性。主要针对五种不同的控制方法,包括：最优阻尼控制、天棚阻尼半主动控制、最优被动阻尼、最大被动阻尼和最小被动阻尼控制。通过对双层浮筏隔振仿真结果进行比较,结果发现所找到的最优阻尼控制曲线无论是在（单频、双频、多频、高频）正弦信号、随机和冲击信号激励下都有最佳的隔振效果,并且对冲击信号的减振效果明显好于对随机信号减振。 四、与国内外同类技术比较： 本项目首先建立了智能阻尼浮筏隔振系统模型,以浮筏隔振系统为分析对象,分别模拟仿真了输入力为（单频、双频、多频、高频）正弦信号,随机信号以及冲击信号情况下的隔振系统的隔振效果。综述了前人在半主动控制方面做出的研究和贡献,并且对Hrovat提出的最优半主动控制策略搜寻方法进行了改进,并且在其未涉及的“双线性”模型上进行了仿真验证。针对不同的控制方法,比较所找到的最优阻尼控制曲线无论是在（单频、双频、多频、高频）正弦信号激励还是在随机、冲击激励下都有最佳的隔振效果。仿真实验验证,改进优化控制仿真算法的正确性。 仿真结果表明：优化阻尼隔振在单频信号输入时,在低频段不隔振,但是接近最大被动阻尼隔振效果,在共振频率处最小被动阻尼控制显著放大了输出力振幅。在过了二阶共振峰频率后隔振效果明显,优化阻尼隔振输出力幅值远小于最优被动和最大被动隔振输出力幅值,接近最小被动阻尼隔振输出力幅值。在（单频、双频、多频、高频）正弦信号、随机和冲击信号激励下,新方法比被动阻尼系统、半主动天棚阻尼系统的减振效果显著,综合性能指标最好。所以本研究项目处于国内同类研究领先水平。 五、成果的创造性、先进性。 该研究有以下创新点,经科技查新,国内未见文献公开报道： 1、在双线性、饱和非线性智能阻尼浮筏隔振半主动最优控制系统模型上进行仿真验证,研究阻尼器的阻尼变化规则对隔振效果的影响。 2、在变分法的基础上,列出最优阻尼曲线的方程,对最优阻尼曲线进行求解。 3、阻尼控制对冲击信号的减振效果优于对随机信号的减振。 六、作用意义：项目实施的经济、社会和环境预期效益巨大。本项目采用计算机仿真分析的方法,模拟了浮筏隔振系统在不同激励下的减振效果,为以后 进一步改进算法和在实验台上验证做好了前期准备工作。在潜艇、其他舰船、豪华游艇、汽车、高端机床等上都有巨大的应用前景和社会、军事价值。 七、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见。 本项目推广应用范围广、条件成熟,应用前景美好。可以给人们创造更加安静祥和的环境。在军事上可以提高我们的国防力量,增加维护世界和平的能力。综上所述,该智能阻尼浮筏隔振系统采用半主动最优控制方法,有效的提高了隔振控制效果,针对不同工况和输入激励信号,都有明显的隔振效果,有较好的推广应用价值。