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滑模变结构控制在浮筏主动隔振系统中的应用研究
| 论文题名： | 滑模变结构控制在浮筏主动隔振系统中的应用研究 |
| 关键词： | 主动隔振;低频外部扰动;系统辨识;滑模变结构控制;舰船工程 |
| 摘要： | 在舰船中，机械振动主要是由往复、旋转、流体类等动力装置和机械设备引起的线谱振动，特别是低频段的线谱振动。控制此类振动是提高舰船隐蔽性和战斗力的主要途径之一。振动主动控制技术能克服传统被动隔振技术低频隔振效果差的缺陷，因而获得了广泛研究。舰船内部动力机械大多是旋转类机械，在转速一定的情况下其产生的振动信号以周期性振动为主，振动信号中包含与转速有关的基频及谐波成分，其在自功率谱中表现为离散的线谱形式。而在实际工程中，动力机械的工作转速在一定范围内波动，这导致其产生的振动信号的频率也会产生波动。所以说，舰船的机械噪声具有伪周期性和波动的频率成分等特点，这些特点要求抑制此类噪声的振动主动控制方法具有很好的鲁棒性。 滑模变结构控制对系统参数摄动和外界扰动具有强鲁棒性，此外，该控制算法具有不需要精确的数学模型，物理实现简单等优点。因此本文以采用两台振动电机作为激振源的浮筏主动隔振系统作为研究对象，对滑模变结构控制方法展开研究，从而为舰船减振降噪提供一种可靠的振动主动控制途径。本文主要研究内容包括：浮筏主动隔振系统的控制通道建模、抑制低频外部扰动的滑模变结构控制器设计和浮筏主动隔振系统的滑模变结构控制实验。 设计并完成了系统辨识实验，通过调用系统辨识工具箱辨识得到两输入两输出离散传递函数模型，并分别在时域和频域检验该模型的拟合度，时域拟合度和频域拟合度都在85%以上。 在得到的浮筏主动隔振系统控制通道传递函数的基础上，将传递函数模型转化为状态空间模型，然后选取合适的滑模变结构控制策略设计出控制器并通过S函数进行描述。采用仿真工具MATLAB/Simulink构建了抑制单频外部扰动、窄带扰动、双频外部扰动的浮筏主动隔振系统变结构控制仿真模型并进行仿真，仿真结果表明，控制前后，误差信号的最大幅值基本上都下降了50%以上。 构建了浮筏主动隔振实验装置，并利用仿真设计的控制器在浮筏主动隔振系统上进行了抑制单频外部扰动、双频外部扰动、窄带扰动的控制实验。实验取得了明显的减振效果，控制前后，误差信号的RMS(Root Mean Square)值均下降了50%以上。实验结果与仿真结果基本一致。 |
| 作者： | 易康 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 文湘隆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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