磁气混合隔振系统设计与控制研究

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磁气混合隔振系统中的电磁作动器可以抑制低频及随机扰动,而气囊隔振器可以抑制高频扰动,结合两者实现了宽频减振。对用于潜艇动力设备减振的磁气混合隔振系统,气囊隔振器会缓慢漏气且动力设备会受到扭转载荷,导致筏架的姿态会产生侧倾,此时动力设备的输出端处会产生不对中现象,致使动力设备的运转稳定性受到影响。本文为解决这一问题,基于现有的磁气混合隔振平台,设计、搭建了气路装置和电气装置并设计了配套的姿态控制器和振动控制器,以使磁气混合隔振系统在保持输出轴轴系对中的前提下实现振动控制。本文的主要研究内容如下:(1)基于磁气混合隔振平台的振动控制及姿态调节需求,设计了气路装置的总体结构、计算了气路关键参数并对气路各组件进行了选型;设计了电气装置的基本结构并搭建了电控柜以实现对气路装置和隔振平台的监测和控制,最终搭建了磁气混合隔振系统实验台。(2)基于侧壁定长假设,理论分析了气囊隔振器的刚度特性,并通过静承载特性实验获得了气囊的承载力及轴向刚度曲线;基于喷管模型,理论分析了气囊隔振器的充排气特性,并通过脉冲充排气实验获得了气囊的充排气特性曲线;建立筏架动力学模型,在广义坐标中描述了气囊的坐标变化,以最小压力偏差为指标求解了气囊压力分布的超静定问题,并参考压力偏差占比求解了气囊间高度和压力的耦合问题。(3)基于动力设备激振力特性,设计了Fx-LMS自适应前馈控制器,对控制通道进行离线系统辨识以获得控制通道传递函数,通过单频、双频扰动下的控制仿真分析了Fx-LMS控制器的减振性能,并通过电机标准工作频率下的振动控制实验进行验证。(4)提出了一种以最小压力偏差为指标的多点同步分级姿态控制策略,分析了筏架平衡姿态与气囊压力间的关系,搭建了Simulink姿态控制仿真平台,并通过单气囊紧急充气和整体姿态偏移时的姿态控制仿真分析了姿态控制器的性能。
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