推進(jìn)軸系縱向振動(dòng)主動(dòng)控制方法研究.pdf

1、船舶的振動(dòng)與噪聲不僅影響船舶的舒適性和電子設(shè)備的可靠性，還影響周邊水域的生態(tài)環(huán)境。對(duì)于潛艇，過(guò)大的噪聲使其隱身性能下降，降低作戰(zhàn)能力，甚至危及安全，尤其是日益先進(jìn)的水下探測(cè)技術(shù)更是對(duì)潛艇的隱身性能提出新的挑戰(zhàn)。螺旋槳推力脈動(dòng)引起的軸系－殼體耦合振動(dòng)是潛艇低頻聲輻射的主要原因，而且難以控制，已成為制約潛艇聲隱身性能的重要因素之一。減小脈動(dòng)推力通過(guò)軸系對(duì)殼體的激勵(lì)作用是控制低頻聲輻射的有效措施，對(duì)它的研究將有助于從源頭控制軸系-殼體耦合系統(tǒng)

2、的水下聲輻射，具有重要的實(shí)際意義。
　　本文在GF973項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“螺旋槳脈動(dòng)推力誘導(dǎo)的軸系－殼體耦合振動(dòng)主動(dòng)控制方法研究”的資助下，針對(duì)推力脈動(dòng)誘導(dǎo)的振動(dòng)，提出通過(guò)主動(dòng)減振鎮(zhèn)定軸系縱向振動(dòng)的方法，從而抑制由推力脈動(dòng)引起的殼體振動(dòng)。研究工作包括理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)方面：
　　（1）從控制的角度出發(fā)，將軸系－彈性基礎(chǔ)耦合系統(tǒng)簡(jiǎn)化軸－板耦合系統(tǒng)，通過(guò)子結(jié)構(gòu)方法建立了縱向激勵(lì)下耦合振動(dòng)的解析模型，并用有限元方法對(duì)

3、其進(jìn)行驗(yàn)證。在此模型基礎(chǔ)上，考慮連接軸系與彈性基礎(chǔ)的軸承特性，分析縱向激勵(lì)下的耦合振動(dòng)特性以及支承剛度變化對(duì)耦合系統(tǒng)縱向振動(dòng)的影響，同時(shí)還分析了縱向控制力作用點(diǎn)變化對(duì)耦合系統(tǒng)縱向振動(dòng)的影響。這些與控制相關(guān)的原理性研究為主動(dòng)減振設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　?。?）針對(duì)具有時(shí)變特性的軸系，在抗飽和LMS算法的基礎(chǔ)上，提出無(wú)模型自適應(yīng)諧波窄帶抑制方法。這種無(wú)模型自適應(yīng)控制方法包括基于抗飽和LMS算法的自適應(yīng)反饋控制器和一個(gè)名為X-調(diào)整的基于邏

4、輯的增益調(diào)整策略，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制器的輸出閾值與權(quán)值步進(jìn)方向的同時(shí)調(diào)整。該控制方法僅利用控制誤差來(lái)調(diào)整自適應(yīng)控制器的增益，無(wú)需建立控制通道的動(dòng)態(tài)模型。無(wú)模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)采用跟蹤濾波器對(duì)周期振動(dòng)進(jìn)行有選擇地抑制，是一種窄帶自適應(yīng)控制。仿真結(jié)果表明所提出的無(wú)模型自適應(yīng)控制方法能有效抑制周期振動(dòng)。
　?。?）通過(guò)簡(jiǎn)化的軸系模型，考慮水潤(rùn)滑橡膠軸承剛度在靜動(dòng)之間突變，分析了隨轉(zhuǎn)速變化的橡膠軸承支承剛度導(dǎo)致軸系振動(dòng)特性改變的原因，在此基礎(chǔ)上

5、，提出控制模型在線辨識(shí)與周期振動(dòng)抑制方法。使用LMS辨識(shí)算法和子空間濾波方法獲取軸系運(yùn)行狀態(tài)下的控制通道的脈沖響應(yīng)，濾除其中由轉(zhuǎn)速調(diào)制的周期干擾，使用內(nèi)嵌飽和抑制與干擾重構(gòu)的Filtered-x LMS算法構(gòu)建轉(zhuǎn)速調(diào)制的周期干擾抑制方法。這種基于控制通道模型在線辨識(shí)的控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶控制。仿真結(jié)果證明了所提出的控制通道在線辨識(shí)方法和周期振動(dòng)抑制方法能夠明顯抑制轉(zhuǎn)速調(diào)制的振動(dòng)響應(yīng)。
　?。?）通過(guò)建立軸系－殼體耦合振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)

6、驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證兩種控制算法對(duì)耦合振動(dòng)的控制效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩種控制算法都能夠有效抑制軸系和殼體的周期振動(dòng)，而且內(nèi)嵌飽和抑制與干擾重構(gòu)的Filtered-x LMS算法還能抑制軸系和殼體的隨機(jī)振動(dòng)。此外，還通過(guò)建立螺旋槳－軸系振動(dòng)傳遞主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證了內(nèi)嵌飽和抑制與干擾重構(gòu)的Filtered-x LMS算法的控制效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制方法能有效抑制轉(zhuǎn)速調(diào)制的周期干擾。
　　本文研究成果將為主動(dòng)減振方法應(yīng)用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)低頻噪