舰船机械隔振系统广义混沌同步及吸引子迁移控制研究

Line spectra in radiated underwater noise of submarines are the main characteristic signals which can be detected, tracked and identified by the opponent’s passive sonar systems, thus jeopardizing the acoustic stealthy function of submarine. The line components in the low frequency band of the spectrum of underwater radiated noise of submarines mainly result from the hull’s periodic vibration transmitted from the bases of the onboard power machinery which may produce periodic excitations under their normal working conditions, and tranditional linear isolation systems are difficult to eliminate the transimition. In this study, based on the generalized chaos synchronization theory, a nonlinear vibration isolation system is drived by an external chaotic system according to the strategy, which is constructed by using the synchronization manifold stability condition. When there are multi-stable attractors in the phase space, an attracor migration control is implemented to essure the system always running in the synchronized chaotic attractor with minimum amplitude. Therefore, on the one hand, taking advantage of the continuous spectrum feature of chaotic attractor, the spectrum reconstruction of underwater radiation noise and information concealment for submarines will be realized. On the other hand, the line spectrum intensity can be reduced significantly and the vibration isolation capability can be improved remarkably. .This project will focus on the theoretical, simulation and experimental research including the synchronization control strategy, the stability of the synchronization manifold, the global charactristics of the high dimensional attractor, the entrainment and migration control of chaos, the control effect evaluation and so on. Some exploratory studies will be carried out to solve the practical problem of the low frequency line spectra for underwater radiation noise of submarines, and promote the engineering application of chaos control and synchronization.

潜艇辐射水声中的低频线谱成分是现代被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号，是潜艇水声隐身性能的主要危害。辐射水声中的线谱主要源自于机械设备的周期性运转，线性隔振系统难以消除机械设备运转时产生的线谱向艇体的传递。本项目利用广义混沌同步原理，通过同步流形稳定性条件构造同步控制策略，将外加混沌系统按构造的控制策略驱动非线性隔振系统，并在相空间存在多稳定同步吸引子的情况下，通过实施迁移控制，使得系统始终运行于振幅最小的同步混沌吸引子。这样一方面可利用混沌功率谱为连续谱这一特性，重构水声频谱、隐匿潜艇信息；另一方面可显著降低线谱强度，提升振动隔离能力。.本项目将在混沌同步控制策略、同步流形稳定性、高维吸引子全局性态、吸引子输运与迁移控制、线谱控制效果评估等方面开展理论、仿真与实验研究，为攻克潜艇辐射水声低频线谱这一现实难题，推动混沌控制与同步在工程中的应用作有益的探索性工作。

舰船辐射水声中的低频线谱主要源自于机械设备的周期性运转，是舰船水声隐身性能的主要危害，而传统的线性隔振系统则难以消除振动线谱向艇体的传递。本项目利用广义混沌同步原理，通过同步流形稳定性条件构造同步控制策略，将外加混沌系统按构造的控制策略驱动非线性隔振系统，并在相空间存在多稳定同步吸引子的情况下，通过实施迁移控制，使得系统始终运行于振幅最小的同步混沌吸引子，从而提升振动隔离能力，降低线谱强度，实现重构水声频谱、隐匿舰船信息的目标。.为此，本项目在混沌同步控制策略、多稳定流形构造方法、高维吸引子全局性态、吸引子输运与迁移控制、线谱控制效果评估、强非线性主被动一体化隔振系统设计等方面开展了大量理论和试验研究，取得以下成果：.（1）构建了一套较为完整的舰船机械隔振系统广义混沌同步及吸引子迁移控制理论和方法，数值仿真和试验研究验证了其可行性，结果表明：吸引子迁移控制后，系统从周期运动变为混沌运动，柔性基础非线性隔振系统不仅振幅降低，而且其功率谱呈连续谱特征，平均线谱强度降低7.18dB，实现了系统在小振幅下的持续混沌运动，达到了降低线谱强度和隔离振动的双重目的。.（2）根据同步流形稳定性定理，提出了先确定同步流形，再逆向构造使同步流形稳定的混沌同步控制策略的方法，这不仅是机械隔振系统广义混沌同步及吸引子迁移控制方法的重要组成部分，还进一步丰富了广义混沌同步多稳定流形理论，为广义混沌同步策略构建提供了新方法。.（3）发明了一种以准零刚度被动隔振器为基础，集成振动信号监测模块、控制模块和执行机构的强非线性主被动一体化隔振器，形成了主被动一体化隔系统设计和控制方法，为非线性机械隔振系统线谱混沌化技术及其在舰船声隐身工程中的应用创造了条件。.本项目的研究，为攻克舰船辐射水声低频线谱这一现实难题，推动混沌控制与同步在工程中的应用作有益的探索性工作。