磁悬浮主动隔振器的建模与控制研究

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1、中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。第1章绪论1．1课题背景简介第l章绪论潜艇

2、的最大优势在于能够长时间的潜航于水面以下，不易被敌方舰艇探测发现。目前对于水下目标的主要探测手段为各种主、被动声纳系统，因此提高潜艇的声隐身性能对潜艇的生存和作战有着至关重要的意义。在各种声隐身技术中，降低潜艇水下自身运行噪声是关键，目前降低潜艇运行噪声主要有以下两种手段：1．降低艇内各种机械的工作噪声，如英国某型潜艇采用柴油机驱动发电机，再由发电机驱动主轴电机来为潜艇提供动力，从而省去了变速箱等传动机构，降低了潜艇运行噪声。2．在噪声的传播途径上隔离和吸收振动噪声，从而使机械噪声向外辐射的能量尽量减少。常见的方法为在振源与壳体之间加装隔振系统，降低传递到壳体上

3、的振动，从而达到降低运行噪声的效果。从效果上看，两种方法均能大幅度降低潜艇的噪声辐射水平。但是前者需要进行能量转换，导致动力系统运行效率低，降低了潜艇的续航能力，另外该方法对已经服役或者设计定型的潜艇无能为力。而加装隔振器的方法不仅能够大幅提高潜艇的隐身性能，并且简单易行，无需对现有型号进行大幅度改造即可安装，受到了各国海军广泛的重视。根据隔振时是否需要外界输入能量，隔振系统可以分为主动隔振与被动隔振，其中被动隔振是指在振源与隔振对象间加入弹簧，阻尼器等器件来构成隔振器。主动隔振是指在振源与隔振对象之间加入作动器，该作动器与被动隔振器共同或者独立工作，通过施加主

4、动控制来进行隔振。目前被动隔振是舰船领域中最为成熟、应用最为广泛的减振技术，它在高频振动抑制上具有良好的效果。但是从原理上分析，被动隔振器的传递特性可以等同于一个低通滤波器，只能保证良好的高频振动抑振效果，由于弹簧刚度、阻尼等一旦安装难以改变，不能根据振源的运动形式进行自适应，另外由于稳定性等方面的要求，尤其不能保证低频段的隔振效果。·第1章绪论随着电子技术，控制理论以及作动器技术的不断发展，主动控制已经能够很好的克服了被动隔振的不足。将主动隔振与被动隔振器系统相结合，在不必大幅增加隔振系统自身质量的前提下，果；另外控制手段上采用自适应控制，整，始终保持良好的隔

5、振效果。因此，可以在较宽的频段内获得良好的隔振效隔振器可以根据舰艇运行状况的自动调主动隔振在低频隔振方面的优势愈发受到各国的关注(俞孟萨，黄国容，2003)(BenassiL'ElliottS．J，2004)(张春良，陈子辰，2003)。国外海军对在舰船的主动隔振方面研究较早，已经成功的将主动隔振器应用于各型舰船并取得了良好的效果。如美国的海狼级核潜艇中装备了振动噪声主动控制系统，与其全舰噪声监控系统配合使用，其噪声水平已经低于海洋的背景噪声【walrod，1999】：而美国新一代的弗吉尼亚级潜艇的噪声水平更是在海狼级的基础上进一步得到降低。澳大利亚海军对柯林斯

6、级潜艇的动力装置也施加主动吸振技术，以双层隔振装置为目标对它的所有自由度的振动都进行了主动吸振控制并取得了良好的效果(“X，Cazz01atoBS，et，2002)。图L1为瑞典Karlskrona／ro肌ebv大学研制的一种基于电动式作动器的主动隔振装置，该系统已经成功的应用与于瑞典的军用船只并取得了良好的效果(MathiasWjSvenJ，et，2001)。图1．1电动式主动隔振器图1．2是英国谢菲尔德大学研制的一种‘智能弹簧’主被动复合隔振系统(DaleyS，JohnsonFA，et，2004)，其基本思想是在被动隔振系统基础上，增加主动隔振器来提高整体隔

7、振能力，图1．3是该主动隔振器与一般隔振器的性能比较。从图1．3可以看出，．加入主动隔振器以后，低频隔振效果有了明显的提高。一2一笫1章绪论达28dB，因此研究新型主动隔振技术具有重要的国防意义。作者所在的振动控制与运动体控制实验室研制了一种磁悬浮主动隔振器，其主动隔振单元(作动器)的工作原理与主动磁轴承相同，即利用磁场同极相斥，异极相吸的原理，通过在电磁铁中施加控制电流来产生主动控制力。由于主动隔振单元无接触无摩擦，因而具有寿命长，工作噪声低的特点，非常适合用于潜艇的降噪隔振。本课题主要负责模拟实验平台的设计与实现，磁悬浮隔振器的特性测试以及建模等工作。1．2

8、磁悬浮系统的发展与现状早