潜艇浮筏隔振系统的半主动模糊滑模控制_

摘要：对带有电流变液智能阻尼器的双层浮筏隔振系统设计一种半主动静态输出反馈模糊滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面矩阵。根据滑模到达条件及可控屈服阻尼力对隔振系统做负功原理设计半主动输出反馈模糊滑模控制器。仿真分析浮筏隔振系统在扫频激励信号下的力传递率及在双频激励信号下的输入力和输出力曲线。仿真结果表明，半主动输出反馈模糊滑模控制下的浮筏隔振系统的减振效果要远好于最优被动阻尼系统。
关键词：半主动模糊滑模浮筏隔振系统
浮筏是应用于船舰上的一种隔振降噪装置。实际上，浮筏就是一种特殊的隔振系统，其机理是利用浮筏装置中弹性元件的阻尼和中间质量的设计来控制并衰减振动能量，使船舰表壳的振动减小。国内外许多学者在船舰的减振降噪方面进行了大量研究，提出了许多种方法并发表了相关论文。
近30多年来，越来越多从事船舰设计的专家认为，船舰的减振降噪是一个急需解决的重要问题。降低舱室的振动和噪声不仅可以改善船舰上人员的居住和工作环境，重要的是能够保障船舰上精密仪器设备的正常运行，保证船舰的正常行使，特别是对于军用舰艇来说，能够增加其航行的稳定性和隐蔽性，提高战斗力。因此，改善船舰上浮筏隔振系统的减振性能是一个十分重要的问题。半主动隔振系统在控制品质上接近于全主动隔振系统[3]，且控制较为简单，能耗小。电流变阻尼器能够根据所加控制电压的不同而改变其阻尼力，转变过程迅速且可靠。本文充分利用电流变阻尼器阻尼连续可调性能，并根据多层减振结构的减振机理，设计了半主动输出反馈模糊滑模控制器，研究了系统在扫频激励信号下的力传递率及在双频激励信号下的输入力、输出力曲线，对控制效果进行了仿真评价。
力隔振试验台由激振器A1、上层板A5、初级隔振弹簧A6、中层板A7和次级隔振弹簧A8构成，并通过4个限位杆A3竖直地安装在基础之上。电流变阻尼器B3的活塞杆和外壳分别安装在上层、中层板的中间位置。激振器通过M形A2平台安装在上层板上，二者共同构成簧载质量。中层板加上一定质量的配重，构成中间质量。上层板和中层板上均装有线性轴承A4，以减小摩擦力。由于限位杆的作用，隔振试验台只能在竖直方向运动，因此构成一个典型的2自由度系统。如果将中间质量与基础紧固，系统就成为一个典型的单自由度系统。
试验台上安装了多种传感器，可以测量各种物理量。其中，加速度传感器B1测量簧载质量的竖直加速度，加速度传感器B6测量中间质量的竖直加速度。力传感器B5测量电流变阻尼器的输出力。位移传感器B2测量簧载质量的绝对位移，位移传感器B7测量中间质量的绝对位移，位移传感器B4测量簧载质量和中间质量的相对位移。为克服现有力隔振试验台单振动电动机引起的非竖直方向的振动力和位移，本文设计的激振器由两台振动电动机组成。振动电动机的轴两端分别安装相同的偏心质量块。隔振试验台激振力模型。两台振动电动机通过一对沿轴安装的齿轮同步运转。根据同步振动原理，在一台变频器的驱动下，两台振动电动机始终保持方向相反、相位对称的同步转动。4块偏心质量块产生的偏心力，
在水平方向相互抵消，在竖直方向叠加。因此，激振器只提供竖直方向上的激振力，从而理论分析也大大简化。
对于实际被控系统，常规的滑模控制要求知道参数变化和外界扰动的上界，但在实际中往往很难预先获得，基于先验知识进行模糊推理的模糊控制能有效地控制被控对象，根据滑模到达条件设计模糊控制器抑制外界激励引起的系统振动。
对带有电流变阻尼器的双层浮筏隔振系统设计了半主动输出反馈模糊滑模控制器。仿真分析了浮筏隔振系统在扫频激励信号下的力传递率及在双频激励信号下的输入力和输出力曲线。从仿真结果看，半主动输出反馈模糊滑模控制下的浮筏隔振系统的隔振效果要远好于最优被动系统，使基座受力得到明显降低，提高了船舰行使的安全性。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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