分布參數(shù)雙層隔振系統(tǒng)的主被動控制機理研究.pdf

1、雙層隔振系統(tǒng)以其高效的高頻隔振效率廣泛應用于艦船、發(fā)電機組、航空航天器等領(lǐng)域。針對當前雙層隔振系統(tǒng)建模分析的不健全性，本文以振動能量傳遞路徑控制的觀點，進一步完善雙層隔振系統(tǒng)的理論建模與分析基礎(chǔ)。首先，對工程實際采用的兩類由多向復合擾動振源、橡膠隔振器、中間質(zhì)量（柔性連續(xù)筏體或分散集總參數(shù)質(zhì)量塊）、彈性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成的雙層被動隔振系統(tǒng)，建立其分布參數(shù)分析模型?；趯Ъ{矩陣理論推導總體系統(tǒng)的動態(tài)特性傳遞方程。結(jié)合實例，以功率流為價值函數(shù)探討

2、兩類雙層被動隔振系統(tǒng)的振動傳遞機理及隔振效果。其次，針對有源隔振研究中存在的問題，建立前饋自適應控制雙層隔振系統(tǒng)的數(shù)理模型;考慮實際作動器輸出閾值的限制，分別以接受基礎(chǔ)支承接點處的輸入徑向力最小化、徑向速度響應最小化、徑向功率流最小化、徑向速度和徑向力加權(quán)和最小化及總功率最小化五種控制策略對比分析復合擾源激勵下，三種作動器布置方案（振源/上層控制、接受基礎(chǔ)/下層控制、全控制）的隔振效果優(yōu)劣程度。最后，以浮筏隔振系統(tǒng)為例，檢驗所建分布參數(shù)

3、雙層主被動隔振系統(tǒng)分析模型對于多振源、多向復合激勵情況下的適用性。具體內(nèi)容如下:
　　基于振動能量傳遞概念，建立中間連續(xù)筏體和中間分散質(zhì)量兩類雙層隔振系統(tǒng)的解析模型。其中，連續(xù)筏體中間質(zhì)量、上下層隔振器及柔性安裝基礎(chǔ)?；癁榉植紖?shù)結(jié)構(gòu)，并且振源激勵中包含多向復合的力及力矩組分，以考慮多向振動輸入能量在系統(tǒng)構(gòu)成間的傳遞、耦合及相互作用影響。基于導納矩陣理論對兩類雙層隔振系統(tǒng)的動態(tài)特性傳遞方程進行理論推導。以功率流為價值函數(shù)揭示系統(tǒng)振

4、動傳遞機理并闡述實際雙層隔振設(shè)計需遵循的一般規(guī)律。實例研究表明:力矩激勵在隔振系統(tǒng)能量傳輸中扮演著重要角色，應盡量減少力矩擾動帶來的能量注入;在能耗效率及安裝空間允許條件下，適當放大中間質(zhì)量，可獲得更佳的隔振效果;中間筏體的柔性、隔振器的分布參數(shù)特性以及安裝基礎(chǔ)的非剛性因素使得中高頻隔振性能惡化，采用中間分散質(zhì)量方案可有效避免筏體柔性模態(tài)影響，并能顯著降低隔振器駐波同柔性筏體模態(tài)間的耦合交互引起的能量峰值。
　　針對雙層被動隔振系

5、統(tǒng)低頻控制效果不佳的問題，提出有源前饋自適應控制解決方案。建立復雜激勵下整體系統(tǒng)的解析形式數(shù)理模型，采用子結(jié)構(gòu)導納分析法推導其動態(tài)特性傳遞方程。為考慮實際作動器的輸出約束，將作動器輸出的次級力閾值作為懲罰項，加權(quán)后寫入控制目標函數(shù)。分別以輸入到安裝基礎(chǔ)的總功率流、接受基礎(chǔ)支承接點處的輸入徑向力、徑向速度響應、徑向功率流、徑向速度和徑向力加權(quán)和為價值函數(shù)，探討復合擾源激勵下，三種作動器布置方案（振源控制、基礎(chǔ)控制、全控制）的隔振效果優(yōu)劣程

6、度。實例研究表明:總功率流最小化控制策略下，全控制方式可以結(jié)合振源控制及基礎(chǔ)控制分別在剛體模態(tài)頻段和中高頻段的振動控制優(yōu)勢，實現(xiàn)寬頻域內(nèi)功率流的最優(yōu)控制;基礎(chǔ)控制策略相比振源控制策略更能充分利用中間質(zhì)量所帶來的高頻隔振效率，在作動器提供少量輸出力情況下實現(xiàn)優(yōu)越的振動控制效果。
　　建立由多維復合擾動振源（包含橫向力、垂向力及力矩激勵）、分布參數(shù)主被動一體式隔振器、中間柔性筏體及彈性安裝基礎(chǔ)組成的艦船浮筏混合隔振系統(tǒng)的廣義數(shù)理模型;

7、基于導納矩陣理論，給出浮筏混合隔振系統(tǒng)動態(tài)傳遞特性的統(tǒng)一數(shù)學描述。探究不同維度擾源激勵、中間筏體結(jié)構(gòu)柔性及隔振器內(nèi)共振對系統(tǒng)振動傳遞特性的影響機理。為統(tǒng)一設(shè)計和評價準則，以傳遞到安裝基礎(chǔ)的總功率流為最優(yōu)控制價值函數(shù)，將作動力矢量及其輸出閾值上限作為懲罰項來定量考慮實際作動器輸出約束的限制，對比分析復合擾源激勵下，三種作動器布置方案（上層主動控制、下層主動控制、全主動控制）對于多個激勵振源的隔振效果優(yōu)劣程度。實例研究表明:力矩激勵同樣在浮