電磁液壓主被動復合隔振器動力學特性及算法研究

張慶偉　 俞翔　閆政濤　楊理華

摘要： 針對艦船機械設備存在的低頻線譜振動，設計了一種電磁作動器與液壓懸置結構有效并聯的電磁液壓主被動復合隔振器。該復合隔振器利用電磁作動器輸出力抑制低頻線譜振動，液壓懸置結構隔離寬頻振動且實現了對電磁力的有效放大，具有占用空間小、承載能力大、輸出力大等優點。對主被動復合隔振器電磁和液壓懸置部分進行了建模分析，提出了考慮通道耦合振動的分布式多通道修正解耦算法，保證了濾波器權系數正確收斂。開展了多線譜激勵的多通道主被動隔振控制實驗，結果表明該主被動復合隔振器對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。

關鍵詞： 主被動復合隔振器;?電磁作動器;?液壓懸置結構;?修正解耦算法;?多通道多線譜

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

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

引??言

隔振是降低艦船機械設備振動傳遞的有效途徑，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較好，但無法滿足艦船機械設備低頻振動隔離要求。主動隔振通過附加力源可有效抑制低頻振動，但存在耗能較大、承載能力較弱等問題。主被動一體化隔振技術綜合了主動和被動隔振的技術優勢，具有更為廣泛的應用前景。

當前，主被動一體化隔振技術在如何實現主動與被動隔振的有效結合，實現較大輸出力、較大承載力等方面仍需進一步開展研究。Zhang等設計了一種以主動壓電式作動器和橡膠被動隔振器相結合的復合隔振器，結構緊湊可靠性高，實現了共振頻率振幅明顯降低。Zhang等設計了一種基于麥克斯韋法向應力的負剛度電磁作動器，可以提高靜剛度下的低頻隔振效果。Fu等設計了一種磁流變彈性體隔振器和壓電堆相結合的半主動混合隔振器。Wang等設計了一種具有流體阻尼的金屬波紋管和電磁作動器相結合的復合隔振器，可以有效隔離5～200 Hz的微小振動。但以上隔振器難以滿足對重量大、振動劇烈的船用機械設備隔振。

同時在實現多通道主動隔振時，傳統的集中式和分布式算法在算法收斂速度和穩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系數更新過程，對內部參數進行優化，使其接近次級通道對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調整因子來保證解耦算法的收斂性，但在針對多線譜時穩定性較差。劉銳根據作動器間的相互干擾提出了抑制交叉擾動的多通道算法，但僅限于兩通道系統耦合振動。

在此基礎上，本文設計了一種電磁液壓主被動復合隔振器。對該主被動復合隔振器進行了建模與分析，提出了考慮通道耦合振動的分布式多通道修正解耦算法。搭建了多通道主被動隔振控制實驗平臺，并開展了實驗研究，結果表明被動隔振對111 Hz線譜取得平均18.35 dB的衰減，主動隔振對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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