舰船动力装置振动主动控制技术研究

振动主动控制技术是有效抑制低频振动,提高舰船隐蔽性和安全性、改善工作环境的有效手段.本文阐述了哈尔滨工程大学近年来针对舰船动力装置所进行的研究工作和取得的研究成果.主要内容包括舰船主机及其动力装置主动隔振技术研究;舰船辅机--海水泵主动隔振技术研究;动力装置主动吸振技术研究;舰船结构主动消振技术研究.     

减小船体艉部振动的动力吸振器研究

采用有限元法研究了动力吸振器减小船体梁结构谐波振动响应的有效性。在本文研究中利用由文献[1]给出的最优调谐参数,采用直接法计算谐波激励下船体结构的频率响应特征。本文分析了动力吸振器三种不同配置的情况,用来研究它们对减小船体谐波响应的敏感性和适用性,为动力吸振器的实船应用提供了理论依据。     

船体艉部减振的非线性碟簧动力吸振器的宽带优化设计

采用有限元法、改善的动力缩减法和数值积分法研究了减小船体艉部振动的非线性碟簧动力吸振器的宽带数值优化设计,通过结合具体的应用实例系统讨论了非线性碟簧动力吸振器的线性刚度、粘性阻尼、Coulomb阻尼、刚度非线性和弹簧组合系数与抑振带宽的关系,试图对船体梁这类复杂结构的非线性动力吸振器的理论和研究方法予以创新和发展。     

船用非线性碟簧动力吸振器的参数研究

采用有限元法、改善的动力缩减法和数值积分法,讨论了耦合非线性碟簧动力吸振器的船体结构动力响应的计算,并通过数值优化法参数,研究了非线性碟簧动力吸振器的线性刚度、粘性阻尼、Coulomb阻尼、刚度非线性和弹簧组合系数与抑振带宽的关系,得到了若干有意义的结论,可作为船用非线性碟簧动力吸振器宽带优化设计的指导原则。     

集装箱船振动及响应分析

介绍了模态频率响应有限元计算方法的基本理论,以多用途集装箱船为目标船,通过建立全船三维有限元模型,用频率响应法得到船体结构的振动响应.文中还讨论了激励与响应关系、水动质量、阻尼、频率响应计算有效频率数选取等问题,以精确预报船体结构振动及响应.本文采用的分析计算方法对目标船结构振动及响应预报值,与实船试验数据具有很好的一致性.     

减小船舶轴系纵向振动的动力减振器参数优化

在船舶轴系中安装动力减振器是减小轴系纵向振动的有效方法,而对动力减振器参数优化的研究是有效控制振动的关键之一。基于达朗伯原理建立船舶轴系纵向振动数学模型,导出动力减振器响应位移的动力放大系数解析式,运用动力谐调消振理论求解最优固有频率比和最优阻尼比。然后针对特定频带内动力减振器的参数优化,以固有频率比与阻尼比为设计变量,选择两种目标函数,采用最大值最小化问题的直接搜寻算法得到动力减振器参数的最优值。比较和分析了各种计算方法得到的结果,并研究动力减振器各参数对船舶轴系纵向振动影响,为轴系纵向振动控制及动力减振器的设计提供理论了依据。     

船舶动力定位系统的应用与实践

船舶动力定位系统近年来在国外发展迅猛，军民用特种船舶上均获得了日益广泛的应用。在我国也引起了重视，国内第一艘自行设计设置动力定位系统的无限航区大型船舶是远洋科学考察船“大洋一号”。该船配备动力定位系统后，成为达到国际先进水平的现代化远洋科学考察船，也为我国船舶动力定位技术的实际应用与不断发展迈出了极为重要的一步。本文较系统地介绍了船舶动力定位系统的组成、功能、设计要求，并以“大洋一号”船为例，较详细地介绍了动力定位系统的论证、设计、主要设备选型、系统调试、以及试验试航的结果，对于国内船舶动力定位系统的应用与发展有一定借鉴意义。     

船舶自适应逆控制操舵

经典反馈控制将对象动态响应的控制和噪声的消除放在同一个过程中进行,这种方法往往会产生为了满足一个指标而牺牲另外一个指标的矛盾.本文介绍了一种新的控制方法--自适应逆控制,阐述了自适应逆控制的特点,讨论了自适应逆控制系统的三个基本单元--对象建模、逆控制器建模和扰动消除器.自适应逆控制将对象动态响应的控制和噪声的消除分开来考虑,解决了上述经典反馈控制的矛盾.在仿真软件Matlab上进行船舶自动舵仿真时,分别采用了自适应逆控制方案的ELS(增广最小二乘)算法和经典反馈控制的PID(比例积分微分)算法.仿真结果表明了自适应逆控制的优点.     

基于液压阻尼减振器的轴系纵振控制研究

在船舶主推进轴系中安装液压阻尼减振器可减小轴系的纵向振动。首先对安装被动式液压阻尼减振器的船舶主推进轴系进行数学模型简化,推导推力轴承基座处的力传递率公式与加速度插入损失公式,并分析液压阻尼减振器的结构参数对减振效果的影响。轴系台架试验表明,插入损失计算结果与测试结果吻合较好。然后,采用单神经元自适应PID控制器,将原有的被动式液压阻尼减振器变为主动式液压阻尼减振器,分析在周期载荷和随机载荷激励下力传递率随时间的变化。计算结果表明,合理选择液压阻尼减振器的参数能有效地实现纵向减振,且单神经元自适应PID主动控制单元能进一步抑制力传递率的峰值。     

船舶推进轴系纵向振动及其控制技术研究进展

对船舶推进轴系纵向振动的产生机理、分析方法及其控制技术的国内外研究进展进行较全面系统的综述。内容包括推进轴系纵向振动的激励力研究、机理分析和试验研究、被动控制技术及主动控制技术。重点关注推进轴系纵向振动控制技术方面的研究进展,包括推进轴系改进设计、复合材料轴系、新型推力轴承、动力吸振器、声子晶体带隙减振以及相关主动控制技术,并对今后的研究工作提出一些建议。     

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。     

分布式多通道主动隔振控制算法研究

在主动隔振的工程实际中,有效的多通道控制算法是采用多个次级力源和误差传感器来提升隔振效果的前提和基础。针对各通道的耦合和运算量的增大采用分布式多通道自适应(DMFxLMS)算法,推导了其运算过程并给出收敛条件;基于NI PXI控制器搭载Real-Time操作系统构建了主动控制实验平台,开展了分布式多通道算法实验研究,通过改变收敛步长和滤波器阶数分析了主动控制效果,验证了算法的有效性。     

装船机俯仰机构平台振动控制方法研究

基于对装船机俯仰机构平台振动原因的分析,重点介绍机械设备钢结构振动控制的分类方法,以及利用振动控制理论对装船机俯仰平台的振动实施控制的基本方法.以黄骅港煤码头二期工程SL6装船机为例,详细介绍了装船机俯仰机构平台振动控制的方法,为类似码头工程的建设提供借鉴和参考.     

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.     

舰船轴系扭振测量及校准研究综述

扭振是舰船传动系统的关键参数之一,直接表征了轴系运转的稳定性和可靠性,对及时发现并消除轴系故障具有重要意义。随着舰船轴系扭振测试需求逐渐由离线分析向长期在线监测发展,对扭振量值的准确性要求愈来愈高。本文综述了当前扭振测试的方法以及误差消除、信号校正等提高测量精度的方法,指出了当前扭振测量方法与实际需求的差距,并比较了电子式校准和机械式校准两种校准方式的优缺点及适用范围,展望了舰船扭振测量校准的发展方向。