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自适应主动隔振的理论和实验研究

王俊芳  
【摘要】: 对于水下航行器,被动隔振已不能满足舒适性和声隐身性能的高要求,这给水下安静型航行器的减振降噪提出新课题。针对这一挑战,在已有研究的基础上,论文致力于研究被动隔振基础上的主动隔振方法,结合主、被动隔振方法在低频段和高频段的优点,对振动进行控制。运转设备引起的干扰在频域内主要表现为分立的线谱,特征明显。对于线谱特征,通常采用自适应对消方法加以控制,论文就是在自适应对消方法的基础上展开,通过方法的改进和完善,并结合经典控制原理,最终得到实用的控制方法。主要内容包括: 第一章:总结主动隔振的理论研究与技术应用现状,给出论文的研究内容。 第二章:首先讨论速度、加速度和力反馈,分析动力参数变化对闭环系统特性的影响,并在此基础上,将延时环节引入速度、加速度和力反馈,分析时滞对主动隔振系统稳定性的影响,为主动隔振设计提供理论基础。 第三章:研究在干扰信号频率周期振荡条件下的振动自适应控制方法,该自适应方法以频率在线估计和跟踪滤波为基础。频率在线估计算法构建于子空间辨识原理,通过响应信号自相关序列的递推运算进行在线估计;跟踪滤波器根据频率估计结果实时调整其中心频率,实时跟踪各频率信号分量。数值仿真结果表明基于跟踪滤波的自适应方法较采用固定频率滤波器的自适应方法具有更好的振动控制效果。 第四章:讨论自适应主动控制中的控制器输出饱和问题,并提出饱和抑制方法。在分析控制器输出饱和原因的基础上,通过求解约束优化问题,从理论上推导出满足快速收敛条件的饱和抑制公式,构造出新的自适应控制器。数值仿真揭示了输出饱和对控制效果的不利影响,并证明了饱和抑制方法的有效性。 第五章:以实验系统为控制对象进行自适应主动隔振的数值仿真,重点讨论两个问题—多通道控制的耦合作用和控制器输出饱和。首先从理论上说明多通道控制中存在的通道耦合及其对控制性能的影响,然后将前述单通道控制方法拓展并用于多通道、多频率振动控制。数值仿真通过对比是否考虑控制器饱和及其抑制方法等工况下的控制效果证明了饱和抑制算法能够改善控制性能,而且多通道主动隔振在适当的措施下可以取得良好的控制效果。 第六章:对多通道主动隔振方法进行实验验证,验证修正的自适应算法的饱和抑制性能和稳态控制性能,揭示控制器对冲击激励的反应和控制效果。实验对象为含内部结构的圆柱壳体,结构响应通过传感器、信号放大器以及数据采集卡传递到控制器,控制器内部的自适应控制算法由Labview程序实现,其输出信号经采集卡、功率放大器后推动作动器,产生的控制力作用于结构。为保证作动器的稳定性,为作动器引入速度反馈,并分析在给定采样频率下保持稳定的反馈增益范围。实验不仅通过软件、硬件将理论方法付诸实践,还考虑了理论分析中没有涉及的实际问题,使方法更有实用性。实验结果证明了修正的自适应控制算法能够适用于多通道控制和存在突变干扰的工程环境。 第七章:对论文工作进行总结,指出论文的创新点,并展望进一步的研究工作。


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