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原文传递船用柴油发电机组主被动复合隔振技术应用研究

论文题名：	船用柴油发电机组主被动复合隔振技术应用研究
关键词：	船用柴油发电机组;振动控制;隔振技术;转速脉冲信号;功率放大器
摘要：	船舶动力机械设备运行过程中产生的振动和噪声尤其是低频振动噪声会严重影响舰艇声隐身性能及其自身声呐的探测能力，主动减振技术已经成为舰船机械设备低频振动控制的有效手段。面向船舶工程领域中动力机械设备低频减振的迫切需求，有必要开展舰船动力机械设备主动减振技术工程化应用的研究。本文在哈尔滨工程大学振动噪声主动控制团队前期开展的柴油机双层主动隔振技术研究的基础上，以船用6135柴油发电机组为控制对象，将主动执行器、功率放大器、传感器及相关的电源和信号调理等电路与双层被动隔振结构进行一体化设计，研制传感、作动一体化主被动复合的隔振装置，进行主动减振技术工程化应用相关问题的研究。具体的研究内容如下: 　　1)基于双层被动隔振结构，提出并研制了一种新型的传感、作动一体，集成化设计的主被动复合隔振装置。该主被动复合隔振装置采用模块化设计思想，将作动器、功率放大器、滤波器（低通和带通）、传感器及其所需电源、信号放大机滤波电路设计为独立的单元模块，再将这些模块集成在双层被动隔振结构上，形成传感、作动一体化的主被动复合隔振器。通过对主被动复合隔振器进行动力学建模，比较作动器在双层被动隔振结构中不同作用形式和作用位置时所需要的最优主动控制力，以得到主被动复合隔振装置中作动器单元的最佳布放形式和安装方式。在此基础上对双层被动隔振结构的中间质量进行设计和强度分析，便于各个模块的集成安装。作动器作为主被动复合隔振器中的出力单元，其性能优劣至关重要。本文着重针对电磁惯性式作动器进行结构设计、动力学仿真以及性能测试等研究工作。　　2)面向船舶工程领域中动力机械设备的主动减振需要，针对船用6135柴油发电机组，基于传感、作动一体化主被动复合隔振器研制了一套工程化的主动减振系统。该系统选用船用6135柴油发电机组作为振源，通过4个主被动复合隔振器安装在弹性钢板基础上，弹性钢板基础由一组橡胶减振器安装在地基上模拟船体结构，采用脱机运行的DSP作为控制器。整个主动减振系统被简化为振源、主被动复合隔振器及控制器。对柴油发电机组主被动复合隔振系统的试验台架进行有限元分析和模态测试，结合柴油发电机组的强迫振动响应测试，获取试验系统台架的结构动力学特性，为主动减振试验及结果分析奠定基础。　　3)选择相对稳定的柴油机转速信号作为主动减振控制策略的参考输入，并采用离线辨识的方法获取控制系统的误差通道权向量，基于经典的Filtered-xLMS算法建立了前馈多通道耦合控制策略。对于这种旋转往复类机械设备的主动减振控制策略，转速脉冲信号是控制系统参考信号的极佳选择，通过对转速信号占空比与控制目标频率范围、采样频率及设备转速之间数学关系的分析和讨论，试图找出作为旋转和往复类动力机械设备主动减振系统参考信号的转速脉冲信号在实际工程应用时占空比的设置准则。　　4)对柴油发电机组开展不同转速工况下的主动减振试验研究，验证了基于传感、作动一体化主被动复合隔振器的主动减振系统的有效性。为了评价柴油发电机组主被动隔振系统的性能，让试验用柴油发电机组在800r/min～1500r/min范围内以50r/min左右的间隔依次运转，分别测量主被动复合隔振器上柴电机组侧4个位置、弹性刚板基础上4个复合隔振器安装位置处主动控制前后的振动加速度响应。对主动减振试验结果进行了系统地分析，在15个试验工况的0～200Hz频段内，主动减振效果为9.3dB～19.7dB，主被动复合减振效果为40.4dB～54.3dB，0～800Hz频段内的主被动复合减振效果为46.0～57.9dB。结合模态分析和测试结果讨论了主动控制后个别线谱控制效果不佳甚至放大的原因，分析了主动控制系统工作时对机组设备振动及弹性刚板基础上控制频带以外振动响应的影响。
作者：	吴磊
专业：	轮机工程
导师：	杨铁军
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2021