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电磁作动器优化设计及管路振动主动控制试验研究
| 论文题名： | 电磁作动器优化设计及管路振动主动控制试验研究 |
| 关键词： | 声纳系统;电磁作动器;舰船航行;管路振动;主动控制 |
| 摘要： | 随着声纳系统不断完善尤其对低频噪声的检测能力明显增强，舰船航行时管路产生的低频振动对其隐蔽性有重要影响，振动主动控制对低频振动具有良好的控制效果，将其引入舰船管路振动控制对于进一步削弱管路低频振动具有深刻的现实意义。电磁作动器作为管路振动主动控制系统中的主动执行结构，直接作用于被控管路，其性能的好坏将直接影响管路低频振动的控制效果。本文从一款新型电磁作动器的设计出发，围绕磁路结构参数优化、工程样机制造以及性能测试展开了研究，并对电磁作动器加工样机应用于管路低频振动的减振效果进行了有效评价。本文完成的主要研究内容如下: 首先比较了两种不同类型的电磁作动器，确定设计一款动磁式电磁作动器用于管路低频振动控制，并对其工作原理进行分析;建立了电磁作动器动力学物理模型，并对其输出力影响因素进行分析，结果表明增加动子质量和提高力常数能够有效增大电磁作动器的输出力;对圆环永磁体的两种充磁方式进行了仿真分析，探究了不同充磁方式下磁路气隙磁感应强度的分布情况，确定永磁体采用轴向充磁的方式;提出了电磁作动器设计时应遵循的原则，设计了两级永磁体串联的磁路结构模型，对磁路气隙强度进行灵敏度分析，并将其平均值设定为参考指标。 其次将试验设计方法引入电磁作动器磁路结构优化分析，采用全因子试验设计方法分析了磁路单一结构参数对评阶指标的灵敏度，采用正交试验设计方法分析了磁路结构参数耦合作用下对评价指标的灵敏度;基于响应面分析法建立了磁路平均气隙磁感应强度的二阶多项式响应面代理模型，并通过遗传算法优化了磁路主要结构参数，结果表明经遗传算法优化后，磁路平均气隙磁感应强度相比匕初始设计值提高了60.38％，相比采用试验设计方法提高了25％。 最后完成了电磁作动器样机的加工并对其性能进行了测试，结果表明样机在150Hz的工况下动态输出力依旧能够达到250N，输出力性能良好;当电磁作动器在较低频率工作时，失真度相对较大，随着频率的增加失真度逐渐降低，但失真度整体控制在5％以内，电磁作动器样机满足设计要求。为验证电磁作动器样机是否能够对管路振动进行有效抑制并达到理想的减振效果，开展了管路振动主动控制试验，结果表明测点1处在基频48Hz的减振量达到22.8dB，二倍频96Hz的减振量为12.9dB，测点2处在基频48Hz的减振量达到23.7dB，二倍频96Hz的减振量为10.2dB，出水管路的两个测点均取得了良好的控制效果，设计的电磁作动器能够应用于管路振动主动控制并有效削弱管路低频振动。 |
| 作者： | 闫明 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 刘学广 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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