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气囊支撑浮筏隔振系统的姿态控制研究
| 论文题名： | 气囊支撑浮筏隔振系统的姿态控制研究 |
| 关键词： | 船舶振动;振动控制;气囊隔振器;船舶设计 |
| 摘要： | 采用气囊隔振器的浮筏装置，因其良好的低频隔振性能，目前已经广泛地应用于舰船动力装置中，显著改善了舰船的隐身性能。但由于气囊本身的缓慢漏气及外界扰动的影响，浮筏会偏离其平衡姿态，导致输出轴轴系产生对中偏差，同时与浮筏连接的管系产生扭曲变形，引起隔振效果降低，甚至威胁设备安全，因此需要采取一定的控制策略来保持高精度的筏体姿态平衡。本文以某型艇主推进装置的气囊支撑浮筏隔振装置为研究对象，通过对支撑气囊进行充、排气来调整浮筏姿态，开展姿态控制策略的研究。 本文首先对采用囊式大载荷气囊隔振器的浮筏隔振装置进行了特性分析，介绍了其各部分的组成和工作原理。以德国倍福嵌入式PC为核心，构建了基于PROFIBUS现场总线的控制框架，制定了控制系统的方案及其功能组成，完成了电气系统的设计。其次，对气囊隔振器的特性进行分析，建立了浮筏隔振装置的姿态模型。通过引入气囊压力的最小方差约束实现了浮筏姿态控制超静定问题的求解，进而得到气囊的最优压力分布。在控制系统无法进行精确解耦的前提下，提出了基于最优压力分布的气囊耦合特性识别方法，以便准确地选择需要操作的气囊。随后，设计了一种基于最优压力分布和耦合特性识别的浮筏姿态控制策略，以进一步提高姿态调整的速度和减小调整过程浮筏的振荡。该策略将调整过程分为高度调整和水平姿态调整两个阶段：前一阶段采用模糊控制确定气囊隔振器的充排气时间，快速将浮筏调整到输出轴对中高度；后一阶段以“高排低充”的策略调整浮筏水平姿态。仿真结果验证了本文所提控制策略的快速性和准确性。最后，搭建了某型艇主推进装置的气囊隔振实物平台，完成了控制程序的编写和调试工作。试验结果表明：本文提出的控制策略能快速调整浮筏的姿态，减小调整过程中浮筏姿态的振荡，同时浮筏姿态平衡后的气囊压力更接近于最优压力分布。 |
| 作者： | 张松魁 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 吴金波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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