電磁液壓主被動(dòng)復(fù)合隔振器動(dòng)力學(xué)特性及算法研究

張慶偉　 俞翔　閆政濤　楊理華

摘要： 針對(duì)艦船機(jī)械設(shè)備存在的低頻線譜振動(dòng)，設(shè)計(jì)了一種電磁作動(dòng)器與液壓懸置結(jié)構(gòu)有效并聯(lián)的電磁液壓主被動(dòng)復(fù)合隔振器。該復(fù)合隔振器利用電磁作動(dòng)器輸出力抑制低頻線譜振動(dòng)，液壓懸置結(jié)構(gòu)隔離寬頻振動(dòng)且實(shí)現(xiàn)了對(duì)電磁力的有效放大，具有占用空間小、承載能力大、輸出力大等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)主被動(dòng)復(fù)合隔振器電磁和液壓懸置部分進(jìn)行了建模分析，提出了考慮通道耦合振動(dòng)的分布式多通道修正解耦算法，保證了濾波器權(quán)系數(shù)正確收斂。開展了多線譜激勵(lì)的多通道主被動(dòng)隔振控制實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該主被動(dòng)復(fù)合隔振器對(duì)3根線譜取得平均35.12，39.51和38.35 dB的衰減，控制效果顯著。

關(guān)鍵詞： 主被動(dòng)復(fù)合隔振器;?電磁作動(dòng)器;?液壓懸置結(jié)構(gòu);?修正解耦算法;?多通道多線譜

中圖分類號(hào)： O328;?U661.44 ???文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ???文章編號(hào)： 1004-4523（2022）02-0417-09

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2022.02.017

引??言

隔振是降低艦船機(jī)械設(shè)備振動(dòng)傳遞的有效途徑，是提高艦船聲隱身性能的重要手段。雙層隔振、浮筏隔振在中高頻段表現(xiàn)較好，但無法滿足艦船機(jī)械設(shè)備低頻振動(dòng)隔離要求。主動(dòng)隔振通過附加力源可有效抑制低頻振動(dòng)，但存在耗能較大、承載能力較弱等問題。主被動(dòng)一體化隔振技術(shù)綜合了主動(dòng)和被動(dòng)隔振的技術(shù)優(yōu)勢，具有更為廣泛的應(yīng)用前景。

當(dāng)前，主被動(dòng)一體化隔振技術(shù)在如何實(shí)現(xiàn)主動(dòng)與被動(dòng)隔振的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)較大輸出力、較大承載力等方面仍需進(jìn)一步開展研究。Zhang等設(shè)計(jì)了一種以主動(dòng)壓電式作動(dòng)器和橡膠被動(dòng)隔振器相結(jié)合的復(fù)合隔振器，結(jié)構(gòu)緊湊可靠性高，實(shí)現(xiàn)了共振頻率振幅明顯降低。Zhang等設(shè)計(jì)了一種基于麥克斯韋法向應(yīng)力的負(fù)剛度電磁作動(dòng)器，可以提高靜剛度下的低頻隔振效果。Fu等設(shè)計(jì)了一種磁流變彈性體隔振器和壓電堆相結(jié)合的半主動(dòng)混合隔振器。Wang等設(shè)計(jì)了一種具有流體阻尼的金屬波紋管和電磁作動(dòng)器相結(jié)合的復(fù)合隔振器，可以有效隔離5～200 Hz的微小振動(dòng)。但以上隔振器難以滿足對(duì)重量大、振動(dòng)劇烈的船用機(jī)械設(shè)備隔振。

同時(shí)在實(shí)現(xiàn)多通道主動(dòng)隔振時(shí)，傳統(tǒng)的集中式和分布式算法在算法收斂速度和穩(wěn)定性上均不能有效解決。安峰巖等通過將分散控制矩陣參與到權(quán)系數(shù)更新過程，對(duì)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其接近次級(jí)通道對(duì)角矩陣從而獲得解耦，但收斂性能有所降低。張培軍等引入了代價(jià)調(diào)整因子來保證解耦算法的收斂性，但在針對(duì)多線譜時(shí)穩(wěn)定性較差。劉銳根據(jù)作動(dòng)器間的相互干擾提出了抑制交叉擾動(dòng)的多通道算法，但僅限于兩通道系統(tǒng)耦合振動(dòng)。

在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種電磁液壓主被動(dòng)復(fù)合隔振器。對(duì)該主被動(dòng)復(fù)合隔振器進(jìn)行了建模與分析，提出了考慮通道耦合振動(dòng)的分布式多通道修正解耦算法。搭建了多通道主被動(dòng)隔振控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并開展了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明被動(dòng)隔振對(duì)111 Hz線譜取得平均18.35 dB的衰減，主動(dòng)隔振對(duì)37，59，111 Hz線譜取得平均35.12，39.51和20 dB的衰減，控制效果較好。

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