基于磁流变弹性体的船舶轴系纵振动力吸振器的实验研究

磁流变弹性体是一种新型的智能材料,由微米级的羰基铁粉和聚合物合成.由于它具有弹性模量可调、无需封装、稳定性好、响应快等优点,已被广泛应用于机械振动控制等领域.文中针对船舶推进轴系纵振动力学特性,提出一种固有频率可调的磁流变弹性体动力吸振器用于轴系纵振控制.首先理论分析了安装动力吸振器的推进轴系的动力学模型,其次对动力吸振器进行了移频特性试验,并在1:4的船舶轴系缩比模型上进行了变转速工况下吸振效果试验.实验结果表明,该吸振器具有12.3 Hz的移频范围,并且在不同轴系工作转速下相比于被动式吸振器均有更好的吸振效果.     

基于磁流变弹性体的船舶轴系纵振动力吸振器的实验研究（英文）

磁流变弹性体是一种新型的智能材料,由微米级的羰基铁粉和聚合物合成。由于它具有弹性模量可调、无需封装、稳定性好、响应快等优点,已被广泛应用于机械振动控制等领域。文中针对船舶推进轴系纵振动力学特性,提出一种固有频率可调的磁流变弹性体动力吸振器用于轴系纵振控制。首先理论分析了安装动力吸振器的推进轴系的动力学模型,其次对动力吸振器进行了移频特性试验,并在1:4的船舶轴系缩比模型上进行了变转速工况下吸振效果试验。实验结果表明,该吸振器具有12.3 Hz的移频范围,并且在不同轴系工作转速下相比于被动式吸振器均有更好的吸振效果。     

基于主动推力平衡原理的轴系纵向减振技术研究

针对轴系纵向振动引起的船舶尾部振动噪声问题,提出基于主动推力平衡原理的轴系纵向减振方法,设计了轴系纵向减振结构,通过试验研究了该结构的刚度特性,并对比分析了应用纵向减振结构前后轴系纵向振动特性。结果表明,提出的基于主动推力平衡原理轴系纵向减振方法,可有效化解减振结构低动刚度和高静刚度之间的矛盾,有利于桨轴系统纵向振动控制向低频范围扩展;应用基于主动推力平衡原理的纵向减振结构后,轴系纵向振动控制效果明显。     

基于磁阻网络模型与PID控制的电磁作动器气隙自检测技术

在船舶隔振领域,目前大量使用电涡流传感器的做法增加了浮筏隔振系统失效的风险。在得到广泛应用的主被动混合隔振技术中,电磁作动器可被利用于气隙间距自检测技术以降低系统复杂度并可提升作动力输出稳定性。通过对实际作动器建立非线性磁阻网络模型并优化参数,衔铁与铁芯之间的气隙间距、流过线圈的电流与线圈两端电压的关系可以得到正确的描述。进一步,利用PID技术可避开求解非线性方程组的困难而得到气隙间距的估计值,实现浮筏装置各位置上作动器气隙间距测量的功能。     

主被动一体化隔振装置设计研究

针对舰艇舱室设备存在的多激励、低频谱振动问题,开展振动主动控制主被动一体化隔振装置研究,为构建基于浮筏隔振设计的主动控制系统奠定了理论和工程基础。首先,基于电磁作动原理初步设计电磁作动器,通过对动子和定子形态及间隙、线圈匝数、倒角形式及大小等进行仿真分析与优化设计;其次,基于COMSOL建模进行电磁特性、发热特性仿真分析;最后,基于浮筏隔振装置隔振、承载及安装需求,设计研制了主被动一体化的隔振装置。试验结果表明:该装置满足次级力源出力特性要求。     

控制船舶轴系纵向振动的动力吸振器参数优化研究(英文)

在船舶轴系中安装动力吸振器是减小船舶轴系纵向振动的有效方法,而动力吸振器的参数合理优化配置是控制轴系纵向振动的重要手段。将船舶轴系等效为多自由度系统,基于有限单元法建立船舶轴系纵向振动运动模型,并通过加装动力吸振器用于控制船舶轴系纵向振动。运用重分析方法求解轴系运动方程得到推力轴承处的力传递率和能量传递率,将二者作为评价动力吸振器对轴系振动控制效果的指标。在研究轴系响应频率范围内,提出将求解全局最优解较强的遗传算法与多目标优化算法相结合以优化动力吸振器参数;并且研究特定共振峰消减的参数优化问题。最后通过算例,比较不同目标函数以及动力吸振器不同安装位置对轴系纵向振动控制的影响,验证文中优化算法的可行性。     

电动消振作动器模糊控制设计研究

研究了一种新型的作动器,主要用来解决由发动机所引起的船舶甲板的振动问题,通过机械机构及控制系统来实现激振频率及振幅的在线跟踪调节,控制系统可自动识别相角差及振动幅值并自动进行调节,模糊控制器可显著地减小船舶的振动,作动器与激振器相角差控制方面首次提出了优化模糊控制算法,与传统模糊控制算法比较,模糊控制规则可根据实际测试结果进行确定,然后由程序进行分段线性优化,提高了相位角差调整的精度,实验结果表明,该作动器具有良好的特性,对于抵消来自振源的振动具有很好的效果.     

圆柱壳体振动主动控制中作动器的优化配置

结构振动的主动控制不仅取决于控制器中控制律的设计,还取决于作动器在结构中的作用位置,作动器的合理布置能有效抑制结构振动低频范围内的响应。文章以圆柱壳体为研究对象,基于离散系统可控可观性准则,提出了基于粒子群算法优化作动器作用位置的设计方法,并通过实验加以验证。实验结果表明,粒子群算法可应用于圆柱壳体中作动器作用位置优化设计的问题,在振动主动控制实验中能取得良好的控制效果。     

液压系统电磁换向阀动力学特性仿真

建立液压系统电磁换向阀的动力学模型,进行数值仿真研究。通过对阻尼、刚度和电磁力进行不同值的数值仿真,得到阀芯换向时的位移曲线。从阀芯位移曲线中,分析该参数对阀芯换向的影响,得出合理的参数配置对电磁换向阀的重要性。     

船舶主机设备振动智能控制方法

为了避免振动对船舶安全稳定运行的消极影响,研究船舶主机设备振动智能控制方法。采用节点导入有限元建模方法构建主机设备有限元模型,获取主机设备运行情况以及振动详细数据,引入由互相对称的2组偏心质量块式电力作动机构形成的电力作动器,采用伺服三环控制对主机设备振动控制作动器进行环路设计,通过电机主动轮启动偏心质量块,同时调整偏心质量块的位置,实现消振力控制输出,完成主机设备振动智能控制。实验证明,该方法可以实现船舶主机设备模型的建立,可视化展现主机设备电磁性能、振动和热特性等,并有效控制船舶主机设备的振动幅度,其中控制后的船舶发电机的振动等级达到优等级。     

基于磁阻网络模型与PID控制的电磁作动器气隙自检测技术

在船舶隔振领域,目前大量使用电涡流传感器的做法增加了浮筏隔振系统失效的风险。在得到广泛应用的主被动混合隔振技术中,电磁作动器可被利用于气隙间距自检测技术以降低系统复杂度并可提升作动力输出稳定性。通过对实际作动器建立非线性磁阻网络模型并优化参数,衔铁与铁芯之间的气隙间距、流过线圈的电流与线圈两端电压的关系可以得到正确的描述。进一步,利用PID技术可避开求解非线性方程组的困难而得到气隙间距的估计值,实现浮筏装置各位置上作动器气隙间距测量的功能。     

基于有限元方法的船舶推进轴系碰撞损伤研究

为探究船舶因碰撞而对船舶推进轴系运动特性所造成的影响,利用有限元方法对碰撞后的船舶推进轴系运动进行数值仿真,分析船舶发生碰撞时冲击力对轴系支撑的损伤,研究碰撞损伤后的轴系安全转速范围。结果表明:船舶在碰撞过程中所受的冲击力能够引起船舶轴系运动特性的改变,且冲击力过大会造成船舶轴系的损伤甚至断裂;船舶若须继续航行则应控制在合理航速范围内,避免因冲击力而对船舶轴系造成二次损伤。     

用于电磁作动器的功率放大器设计研究

功率放大器是主动控制隔振系统中的重要元件之一,其主要作用是根据指令信号,向电磁作动器提供交变电流以产生需要的交变力。本文介绍了该类功率放大器的基本工作原理与性能指标特点,设计了基于PWM控制的功率放大器控制系统。仿真及实验结果表明,设计的功率放大器能够满足系统各项设计指标要求,具有很强的实用性。     

管路脉动噪声前馈主动控制算法优化

噪声主动控制技术通过传感器采集噪声源信号作为输入,自适应算法输出信号驱动作动器抵消原有噪声,控制效果很大程度上取决于控制算法的性能。目前对于液体管路脉动主动控制的相关研究较少,需设计一种适用液体管路脉动噪声主动控制的算法。对传统宽带前馈FxLMS算法原理进行分析,针对管路脉动噪声低频线谱特征,设计线谱频率追踪算法进行峰值频率提取控制;对于作动器对参考信号造成的耦合干扰,设计声反馈补偿算法消除。设计试验将传统算法和优化后算法的脉动衰减效果进行对比,结果表明优化算法对不同频率的脉动线谱都具有衰减效果,相比宽带前馈算法提升约2 dB的脉动衰减量。     

船舶起重作业时定位控制方法研究

近海建筑的建造和安装,需要起重船定点作业,所以要求对起重船动力定位控制方法进行研究。在建立海洋环境模型(风、浪、流)的基础上,建立船舶起重作业模型。设计带有风前馈的反步控制方法,降低系统对环境扰动的敏感性。通过设计估计器,给出船舶运动低频位置、艏向和速度量的估计值,并且使用估计器所得出的低频估计值作为反馈值来减少控制输出的高频振荡。仿真结果表明对于建立的船舶起重模型,所设计的控制方法和估计器,可以较好地完成定位作业。     

四转子机械作动器主动消振法

利用机械作动器进行主动消振是船舶振动控制领域的一项新技术．文章首先介绍了一种新型机械作动器-四转子机械作动器的工作原理;然后从主动消振理论出发,结合机械作动器的实际需要,提出了一种机械作动器最优相位和偏心距的解析计算方法-调相解析法．配合机械作动器的使用,可以使主动消振系统获得较好的消振效果．     

船舶机械低频线谱振动传递的主动控制

针对船舶机械振动的低频线谱主动控制,文章采用输出力大、频响平直、无接触式的磁悬浮作动器,分析了永磁偏置式作动器的电-磁-力耦合特性,推导了磁悬浮主被动隔振系统运动方程和系统稳定性影响因素;研制了满足船舶应用要求、具有冲击摇摆适应能力的磁悬浮-气囊主被动混合隔振器。采用收敛快速的窄带多通道Fx-Newton算法,并针对线谱频率波动时的控制鲁棒性,提出了窄带滤波相位差的自适应补偿环节。在船用200 kW柴发机组上进行了主被动混合隔振实验,未开启线谱控制时,可获得>32.8 dB的宽频隔振效果;控制开启后,可进一步有效衰减传递到基座的多根线谱振动,并且在柴发机组的转速波动工况下依然能实现快速收敛、稳定和高效控制。该主被动混合隔振系统可满足船舶机械低频线谱控制的工程实用要求。     

基于Halbach阵列作动器的柴油机低频振动传递控制

柴油机是舰艇三大噪声源中机械噪声的主要贡献者,控制柴油机传往甲板或壳体的振动意义重大。该文基于Halbach阵列研制的新型作动器用于控制柴油机的低频振动传递。首先基于MATLAB平台利用实测数据对LMS算法中的滤波器系数和步长进行优化选择,然后通过实验验证了该作动器和所设计控制器的有效性。结果表明使用低频线谱自适应控制策略以后,基座和甲板振动在控制作用频率上均得到抑制,取得7dB左右的控制效果。     

可倾瓦推力轴承润滑油膜静动特性 计算的嵌套式二分法与应用

在舰船推进轴系纵向振动特性分析中,可倾瓦推力轴承润滑油膜的动特性是轴系力传递和振动响应分析的重要环节。该文建立了润滑油膜特性分析的理论模型,以有限差分法为基础,提出了嵌套式二分法,数值求解了油膜静动特性,并分别得出了在轴系载荷与转速独立和非独立的情况下,油膜动特性随转速的关系。解释了船舶推进轴系振动实验中,不同转速情况下,相应的频响函数幅值大小的变化规律。     

船舶机械低频线谱振动传递的主动控制（英文）

针对船舶机械振动的低频线谱主动控制,文章采用输出力大、频响平直、无接触式的磁悬浮作动器,分析了永磁偏置式作动器的电-磁-力耦合特性,推导了磁悬浮主被动隔振系统运动方程和系统稳定性影响因素;研制了满足船舶应用要求、具有冲击摇摆适应能力的磁悬浮-气囊主被动混合隔振器。采用收敛快速的窄带多通道Fx-Newton算法,并针对线谱频率波动时的控制鲁棒性,提出了窄带滤波相位差的自适应补偿环节。在船用200 k W柴发机组上进行了主被动混合隔振实验,未开启线谱控制时,可获得32.8 d B的宽频隔振效果;控制开启后,可进一步有效衰减传递到基座的多根线谱振动,并且在柴发机组的转速波动工况下依然能实现快速收敛、稳定和高效控制。该主被动混合隔振系统可满足船舶机械低频线谱控制的工程实用要求。