基于非对称耦合和微扰控制的混沌隔振筏技术

混沌隔振筏可以将简谐振动波转换为宽频谱混沌波，高效降低潜艇驱动系统的线谱特征。这项具有创新概念的技术仍面临诸多理论问题。其中当机械系统工况改变时如何能够保持隔振系统的连续混沌状态仍未解决。本研究项目提出运用微干扰非对称耦合控制技术，旨在强化非线性隔振装置各子系统间耦合互反馈作用，利用非线性系统的敏感性实施微干扰混沌控制。进而拓宽混沌域产生条件来保持隔振系统混沌功效。研究将从理论和实验两个方面入手。理论研究包括非线性隔振系统建模与仿真计算，微干扰器件耦合方式及效能优化分析，非对称结构耦合反馈机理，连续混沌化跟踪与控制技术研究。试验研究旨在验证新技术的可行性和混沌隔振效能，为下一步工程应用打基础。

为解决非线性隔振装置混沌状态往往局限于特殊工况条件和系统参数设置的限制，项目将准零刚度隔振技术引入隔振系统，利用时延反馈混沌化方法，实现了隔振系统在大参数范围内的混沌化及实时混沌化，并与海军工程大学合作进行了混沌化实验研究，验证了方法的可行性。课题主要完成的研究内容及取得的成果包括：.1. 时延反馈控制非线性隔振系统的稳定性研究。建立了时延反馈控制非线性隔振系统的动力学模型，分析了系统的稳定性，给出了控制参数的稳定性区域。研究发现，在稳定参数域内，受控系统很难被混沌化，而在非稳定区域，系统易于被混沌化。该研究为时延反馈混沌化控制参数选择提供了理论依据。.2. 非线性隔振系统时延反馈控制下的复杂动力学特性分析。对时延反馈控制系统进行精确线性化，推导了控制器的非线性解析表达式，数值仿真表明该控制器能在微小增益下实现混沌化。分析了系统的复杂动力学特性，如拟周期、混沌等，利用分岔分析给出了系统混沌控制参数区间。该研究为控制器的设计提供了规范化的程序。.3. 最优时延反馈混沌化方法。针对双层线性隔振系统，理论推导了时延反馈控制器的解析表达式，基于系统响应频谱构造混沌性能指标，以控制参数为设计变量，以性能指标最小化为目标，采用遗传算法进行优化设计，从而实现系统混沌化。利用该方法对未知参数系统实现了实时的混沌化控制。该方法创新性地将混沌化转化为工程优化问题，越过传统的分岔分析寻找混沌的方法，使其具有更宽泛的适用性和工程实用性。.4. 时延反馈混沌化试验研究。在双层线性隔振系统中间布置作动器，作动器与NI控制器连接，基于LabVIEW搭建控制平台，通过调节时延量和控制增益，实现了双层隔振系统的混沌化，验证了时延反馈混沌化的可行性。（试验在海军工程大学振动实验室完成）.5. 准零刚度隔振技术。基于正负刚度并联原理，研发了若干款准零刚度隔振器，对其静、动力学特性进行理论分析和试验测试，验证了准零刚度隔振器具有低频，甚至超低频的隔振能力，在低频区域其隔振效率远高于线性隔振系统，且在高频区域与线性系统相当。通过研究准零刚度隔振系统的时延反馈混沌化，发现准零刚度隔振系统较传统非线性隔振系统或线性隔振系统更易于混沌化。该研究指明准零刚度隔振技术是实现混沌隔振的关键技术。