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机械作动器在船舶减振上的应用研究

韩广才  
【摘要】: 本文研制了一种新型减振作动器,该作动器可实现激振力幅值与激振频率的在线实时调节,可用于船舶上层结构及甲板类结构的总体或局部减振。该作动器的研制为国内首创,实验结果表明该作动器具有良好的响应特性,可以大范围实现结构减振控制。本文所作的具体工作如下: 1.本文在国内首次研制了一种用来消除船舶垂直振动的机械式作动器,提出了一种新型偏心距调整机构,这一机构解决了偏心轴旋转与偏心质量块在轴上相对直线平动的问题。作动器工作原理是:利用机械结构实现两个反向同步旋转偏心质量块在旋转时所产生单一方向上的激振力来抵消由于发动机不平衡矩所引起船舶结构垂直方向上某一频率振动,使这两种力各自产生的振动大小相等、方向相反,即相位差180°,从而得以相互抵消而消除了振动。 2.本文研制的新型船舶用作动器能够实现激振力及激振频率的在线调节。根据本文所研制的作动器的工作特点,在转速的随动跟踪控制上本文首次提出了变结构滑模控制算法,该算法解决了偏心距在线调整时参数摄动的问题,针对本文所研制作动器的控制具有创新性。 3.本文在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速度,具有一定的创造性。船舶上层结构及甲板类结构多为复杂结构,动力学模型不易准确建立,对于这种结构振动控制问题本文所提出的优化模糊控制是合理有效的。 4.本文首次提出考虑板面上有集中质量和分布质量的模拟船甲板作为各向异性薄板振动问题的研究方法,从理论方面详细论述了有集中质量和无集中质量薄板的振动特性,并首次给出了振动问题求解的差分公式,在船舶上层结构或甲板类结构振动的主动控制问题研究中该研究方法为首创。这一研究对于振动主动控制在作动器位置布置及测点位置布置方面具有一定的理论及实际意义。 本文研制的作动器实现了激振力及激振频率在线调节,变结构滑模控制技术及相位差优化模糊自动识别技术提高了随动跟踪及相角控制精度,实验结果表明控制效果稳定,相角控制精度在正负八度内。同时本文提出了带有集中质量及非均布质量薄板振动在主动控制领域内研究方法,其理论推导结果将有助于船舶壳体薄板类振动主动控制问题的深入研究,对于提高控制精度具有一定的理论价值。


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