电磁主动浮筏隔振平台前馈控制系统设计开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

本设计以磁悬浮浮筏隔振系统为主动控制的对象,利用计算简单、稳定性好的特点,而且对简谐振动控制非常有效的基于滤波x-lms算法的自适应前馈控制。但fxlms算法中参考信号受到次级声反馈的影响,会造成参考信号的不稳定及时变性,本文结合对参考信号在线频率估计生成参考信号的方法对算法进行改进,研究简谐振动抵消策略的控制算法。最后对磁悬浮浮筏主动隔振系统进行相关的实验。本文的研究将对于简谐振动的振动频率时变性、主动控制相关耦合对隔振系统的影响等问题,找到一些实用的解决办法。对自适应前馈控制在简谐振动抑制中具有重要的现实意义。由于浮筏系统属于被动隔振,对低频隔振能力差,对系统谐振频率附近的干扰信号甚至还起到放大作用。在本课题中采用前馈控制的主动隔振系统能够动态地调节支承系统的刚度和阻尼,对低频振动隔离效果较好,另外,采用磁悬浮主动隔振与其他主动隔振相比,还具有无接触、响应快、寿命长等特点,将磁悬浮前馈控制隔振器应用于浮筏隔振系统可以明显提高系统的低频隔振效果。

磁悬浮浮筏隔振平台的意义:振动控制在潜艇、高精密加工、舰船、航空航天等领域都应用广泛,但是常规的隔振方式仍有很多问题亟待解决。随着机械结构大型化、低刚度、柔性化,这些结构柔性大、低频模态密集、模态耦合程度高,对其振动控制难度很大。目前国外在船舶领域应用振动的主动控制比较广泛,特别在潜艇方面,为了降低潜艇噪声,提高隐身能力,研究主动隔振技术对潜艇减振降噪就显得十分重要。浮筏主动隔振是一个主被动相结合的控制系统,浮筏本身具有质量效应、调谐效应、附加质量小、抗冲击性强、系统稳定性强等特点,它可以有效地实现高频隔振与低频隔振。这对我们提高潜艇的隐身性能有很重要的现实意义,这也对我国保护领土不受侵犯,抵御外敌具有重要的战略意义。

国内外研究现状:首先,二十一世纪以来,经过国内外学者的研究,浮筏隔振平台已经成功应用于船舶、潜艇等大型机械。根据具体使用表明,浮筏隔振相对于原来的单层隔振以及双层被动隔振具有更好的减震效果、较小的附加重量、更高的抗冲击能力和优异的系统稳定性。在国内,浮筏隔振平台的相关研究起步较晚,起初主要是建立浮筏系统的动力学模和系统动力特性分析。1996年上海交大振动冲击噪声研究所建立一套浮筏隔振系统的功率流测试平台。随后,西工大盛美萍建立浮筏隔振系统的振子力学统计分析模型,研究稳态随机激励下浮筏隔振系统振动响应和振动功率流统计特性,并分析了孙玲玲针对工程实际的浮筏装置,建立柔性基础是机组多支承弹性浮筏耦合隔振系统动力学模型。随后武汉理工大学宋春生教授研究磁悬浮支承的浮筏隔振系统,通过实例分析了磁悬浮刚度、基础尺寸、浮筏质量以及浮筏转动惯量对传递到基础上功率流的影响,为浮筏隔振系统的优化设计和磁悬浮隔振控制提供了依据。中科大张鲲博士研究了带有动力吸振器的简化板式浮筏隔振系统功率流研究,为实际应用提供了理论和实验参考。2013年,武汉理工大学的张锦光、胡业发、宋春生、陈勇、王琪琳研究团队和卡特彼勒技术研发中心共同发表了基于陷波器滤波的磁悬浮浮筏主动隔振前馈控制的研究。近几年,浮筏隔振的应用也从重工延伸到各类企业,由于其主被动相结合、可有效实现高频隔振和低频隔振的特点,对于其控制规律的研究越来越多。其中2016年哈工大的李承豪对船舶设备振动传递预报及浮筏隔振进行了效果分析。2018年电子科大的刘小雨与清华大学的尹文生教授发表了基于前馈通道相位补偿的隔振器振动控制。当然,国外相关技术的研究也有很多,不过由于潜艇对于各国国防安全的重要性,国外对于相关浮筏隔振技术基本都是保密的,浮筏隔振在船舶、舰艇上的应用并没有非常详细的描述。最早在1979年,英国皇家海军研制的hunt级玻璃钢反水雷舰主副机械都是采用浮筏隔振装置。再后来,澳大利亚学者采用6个动作器和4个橡胶弹簧使双层隔振平台中间筏架,在6个自由度方向运动最小化的控制策略,利用动能控制和模态控制,实现了船用主机为振源的主动隔振,并取得了较好的仿真及实验效果。美国通用电气研究中心在浮筏支承系统上加了32个三方向的电磁作动器以及500多个传感器采集位移、加速度、磁通量的信号经过高性能dsp处理,解决大型浮筏的主动控制的运算效率问题。目前,对于磁悬浮浮筏隔振平台的应用也越来越多,隔振技术也从早期的单层、简单的隔振发展到了多层、空间的复杂的双层隔振系统和浮筏隔振系统。甚至将磁悬浮系统应用于浮筏隔振平台。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:反馈控制系统中,反馈是按偏差控制的。在干扰的作用下,被控量会先偏离给定值,然后调节器按偏差产生控制作用去抵消干扰的影响。(反馈可以更精确地处理偏差)缺点:如果干扰不断施加,则系统总是跟在干扰后面波动,这就不可避免地存在稳态位置跟踪误差,影响系统最终的运动轨迹,引起加工误差。前馈控制是按照扰动量进行补偿的开环控制,即当系统扰动出现时,按照扰动量的大小直接产生校正作用。前馈控制在理论上可以完全消除扰动引起的偏差。

技术方案:

(1)前馈控制的基本原理

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3. 研究计划与安排

第1-3周:明确设计任务,查阅不少于15篇文献,其中外文文献不少于3篇,撰写开题报告;

第2-4周:不少于5000字的外文文献翻译;

第5-8周:系统方案设计及硬件结构分析;

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4. 参考文献(12篇以上)

文献综述:

本次毕业设计内容为磁悬浮浮筏隔振平台前馈控制系统的设计,在开题阶段,我在知网、校图书馆、sci、csaa等网站期刊查询了设计相关的论文,作为本次毕业设计的文献参考。

在查阅的论文中,主要分为三类,有磁悬浮隔振器方面、浮筏隔振平台设计相关、前馈控制系统的系统建模及滤波处理。

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