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原文传递推进轴系纵向振动主动控制方法研究

论文题名：	推进轴系纵向振动主动控制方法研究
关键词：	船舶振动;时变系统;Filtered-xLMS算法;主动控制
摘要：	船舶的振动与噪声不仅影响船舶的舒适性和电子设备的可靠性，还影响周边水域的生态环境。对于潜艇，过大的噪声使其隐身性能下降，降低作战能力，甚至危及安全，尤其是日益先进的水下探测技术更是对潜艇的隐身性能提出新的挑战。螺旋桨推力脉动引起的轴系－壳体耦合振动是潜艇低频声辐射的主要原因，而且难以控制，已成为制约潜艇声隐身性能的重要因素之一。减小脉动推力通过轴系对壳体的激励作用是控制低频声辐射的有效措施，对它的研究将有助于从源头控制轴系-壳体耦合系统的水下声辐射，具有重要的实际意义。　　本文在GF973项目和国家自然科学基金项目“螺旋桨脉动推力诱导的轴系－壳体耦合振动主动控制方法研究”的资助下，针对推力脉动诱导的振动，提出通过主动减振镇定轴系纵向振动的方法，从而抑制由推力脉动引起的壳体振动。研究工作包括理论研究和实验验证两个方面：　　（1）从控制的角度出发，将轴系－弹性基础耦合系统简化轴－板耦合系统，通过子结构方法建立了纵向激励下耦合振动的解析模型，并用有限元方法对其进行验证。在此模型基础上，考虑连接轴系与弹性基础的轴承特性，分析纵向激励下的耦合振动特性以及支承刚度变化对耦合系统纵向振动的影响，同时还分析了纵向控制力作用点变化对耦合系统纵向振动的影响。这些与控制相关的原理性研究为主动减振设计提供理论依据。　　（2）针对具有时变特性的轴系，在抗饱和LMS算法的基础上，提出无模型自适应谐波窄带抑制方法。这种无模型自适应控制方法包括基于抗饱和LMS算法的自适应反馈控制器和一个名为X-调整的基于逻辑的增益调整策略，实现自适应控制器的输出阈值与权值步进方向的同时调整。该控制方法仅利用控制误差来调整自适应控制器的增益，无需建立控制通道的动态模型。无模型自适应控制系统采用跟踪滤波器对周期振动进行有选择地抑制，是一种窄带自适应控制。仿真结果表明所提出的无模型自适应控制方法能有效抑制周期振动。　　（3）通过简化的轴系模型，考虑水润滑橡胶轴承刚度在静动之间突变，分析了随转速变化的橡胶轴承支承刚度导致轴系振动特性改变的原因，在此基础上，提出控制模型在线辨识与周期振动抑制方法。使用LMS辨识算法和子空间滤波方法获取轴系运行状态下的控制通道的脉冲响应，滤除其中由转速调制的周期干扰，使用内嵌饱和抑制与干扰重构的Filtered-x LMS算法构建转速调制的周期干扰抑制方法。这种基于控制通道模型在线辨识的控制方法能够实现宽带控制。仿真结果证明了所提出的控制通道在线辨识方法和周期振动抑制方法能够明显抑制转速调制的振动响应。　　（4）通过建立轴系－壳体耦合振动主动控制实验系统，验证两种控制算法对耦合振动的控制效果，实验结果表明：两种控制算法都能够有效抑制轴系和壳体的周期振动，而且内嵌饱和抑制与干扰重构的Filtered-x LMS算法还能抑制轴系和壳体的随机振动。此外，还通过建立螺旋桨－轴系振动传递主动控制实验系统验证了内嵌饱和抑制与干扰重构的Filtered-x LMS算法的控制效果，实验结果表明该控制方法能有效抑制转速调制的周期干扰。　　本文研究成果将为主动减振方法应用于船舶推进系统低频噪声控制提供坚实的理论依据。
作者：	胡芳
专业：	机械设计及理论
导师：	吴天行
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文