混合控制隔振方法在船舶振動(dòng)類課程中的應(yīng)用

薛云龍XUE Yun-long；莊慶ZHUANG Qing；紀(jì)佳佳JI Jia-jia；錢雨程QIAN Yu-cheng；夏兆旺XIA Zhao-wang

（江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212003）

（College of Energy and Power Engineering，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003，China）

0 引言

艦船振動(dòng)與噪聲一直是船舶界研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)，各個(gè)國(guó)家都在消除和隔離艦船的振動(dòng)與噪聲上采取了很多措施。在船舶建造過程中采用防振設(shè)計(jì)，即對(duì)可能存在的振動(dòng)問題采取合理的設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力機(jī)械的選型及布置，機(jī)座軸系的聯(lián)接設(shè)計(jì)，螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，船舶整體結(jié)構(gòu)的合理配置等。船舶振動(dòng)發(fā)生后，常采取一系列的減振措施：阻尼技術(shù)，動(dòng)力機(jī)械的隔振與吸振等[1-2]。

振動(dòng)類課程通常介紹單層隔振、雙層隔振兩種隔振形式和被動(dòng)控制方法。雙層隔振是船舶輔機(jī)設(shè)備振動(dòng)控制中常用的一種形式[3-4]。主動(dòng)控制和被動(dòng)控制聯(lián)合使用的方法在目前在振動(dòng)類課程中很少介紹，本文將研究混合控制方法在船舶輔機(jī)隔振中的應(yīng)用，比較混合控制方法和被動(dòng)控制方法的隔振效果，探索混合控制方法在振動(dòng)類課程中的應(yīng)用。

1 船舶輔機(jī)混合控制模型

船舶輔機(jī)的雙層隔振形式如圖1 所示，其中輔機(jī)的質(zhì)量為4400kg，上層4 個(gè)減振器的剛度為5970000N/m2，阻尼為13003Nm/s。中間質(zhì)量塊為2200kg，下層4 個(gè)減振器的剛度為6100000N/m2，阻尼為17980Nm/s。

被動(dòng)隔振系統(tǒng)的效果主要取決于減振器的布置以及減振器參數(shù)。混合控制系統(tǒng)的效果主要由作動(dòng)器的控制力決定，而控制力取決于具體的控制方案或控制規(guī)律的選取。目前常用的控制方法有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、開關(guān)控制等等，為便宜課程介紹，本文主要研究一種最簡(jiǎn)單的控制方法-開關(guān)控制，其控制力為：

圖1 船舶輔機(jī)隔振系統(tǒng)混合控制模型

式中，F(xiàn)min=0.05Fmax。x1，x2分別為中間質(zhì)量塊和輔機(jī)的速度。

為充分研究各種控制策略對(duì)主被動(dòng)聯(lián)合隔振系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，本文將以雙層隔振系統(tǒng)中的設(shè)備為控制對(duì)象，分別以絕對(duì)速度（設(shè)備相對(duì)于基座）與相對(duì)速度（設(shè)備相對(duì)于筏架）為目標(biāo)實(shí)施控制，并且對(duì)控制效果及各種參數(shù)的影響進(jìn)行比較與分析。

2 混合控制的效果及參數(shù)分析

輔機(jī)產(chǎn)生的激振力通過連接設(shè)備傳遞到基座，本文分別分析了在被動(dòng)控制方法和混合控制方法下的傳遞率，如圖2 所示。從圖2 可見：隔振系統(tǒng)采用混合控制后的隔振效果明顯優(yōu)于被動(dòng)隔振系統(tǒng)，隔振系統(tǒng)的一階力傳遞率降低了11.2dB，二階力傳遞率降低了10.2dB，各階力傳遞率都有不同程度的降低。

圖2 輔機(jī)振動(dòng)傳遞率曲線

在其它參數(shù)不變的情況下，將混合控制系統(tǒng)中作動(dòng)器的位置由中間質(zhì)量塊的上層移動(dòng)到下層，系統(tǒng)傳遞率曲線變化如圖3 所示。從圖3 中可以看出：在整個(gè)頻段內(nèi)，用于混合控制的作動(dòng)器安裝在上層時(shí)系統(tǒng)的隔振效果比作動(dòng)器安裝在下層時(shí)的隔振效果要好，其中在前兩階峰值處分別下降了3.8dB 和1.8dB。主要原因是作動(dòng)器位于上層時(shí)，作動(dòng)器提供的力可以直接作用于機(jī)體。

3 結(jié)論

以雙層隔振系統(tǒng)為研究對(duì)象，分別研究了混合控制系統(tǒng)和被動(dòng)隔振系統(tǒng)的隔振效果，結(jié)果表明：雙層隔振系統(tǒng)采用混合控制明顯優(yōu)于被動(dòng)隔振系統(tǒng)的隔振效果；混合控制系統(tǒng)中作動(dòng)器安裝在上層時(shí)系統(tǒng)的隔振效果比作動(dòng)器安裝在下層時(shí)的隔振效果要好，其中在前兩階峰值處分別下降了3.8dB 和1.8dB。研究結(jié)果豐富了振動(dòng)類課程中隔振方法，在以后的教學(xué)中，可以以此為基礎(chǔ)，引導(dǎo)混合控制方法在隔振中的應(yīng)用。

圖3 作動(dòng)器不同位置時(shí)系統(tǒng)力傳遞率曲線

[1]楊鐵軍,陳玉強(qiáng),黃金娥,劉志剛.柴油機(jī)雙層隔振系統(tǒng)耦合振動(dòng)主動(dòng)控制仿真研究[J].船舶工程,2001(3):24-27.

[2]蓋玉先，董申，李旦等.超精密機(jī)床的振動(dòng)混合控制[J].中國(guó)機(jī)械工程，2000，11(3)：289-291.

[3]牟全臣.航天結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主、被動(dòng)一體化振動(dòng)控制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2000.

[4]吳廣明.艦船復(fù)雜隔振系統(tǒng)建模及其功率流研究[D].上海交通大學(xué),2004.

[5]楊志榮,江國(guó)和,高磊.柴油機(jī)偏移對(duì)浮筏隔振系統(tǒng)抗沖擊性能的影響分析[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,2(1):61-65.

[6]施引,朱石堅(jiān),何琳.船舶動(dòng)力機(jī)械噪聲及其控制[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1990.