海洋环境与基础运动耦合下磁悬浮隔振系统动力学特性与参数匹配规律

Submarine has great strategic significance in the construction of our country’s national defense. The acoustic hiding ability is one of the major targets on judging fighting strength of a submarine. Floating raft isolation system is an important device to decrease the noise of power machines of submarine. But floating raft isolation system can’t depress the low-frequency band vibration. To solve this problem, the project proposes to introduce magnetic suspension actuators to construct a magnetic suspension floating raft active vibration isolation system. The traditional magnetic suspension design is based on displacement control. However, the magnetic suspension actuator is based on stiffness and damping control. The problems must be studied in the magnetic suspension actuators with adaptive stiffness and damping control. The project will explore the related problems, including the modeling of the magnetic suspension actuator basing on the stiffness control，the effect of magnetic actuator stiffness and damping on the floating raft system vibration characteristics, the law of stiffness matching of the magnetic actuators and floating raft, and the control method of the magnetic actuators basing on stiffness matching. The dynamics characteristics and parameter matching of magnetic suspension vibration isolation system under coupled complex marine environment and base motion will be built in order to enhance the acoustic hiding ability.

静音能力是衡量潜艇性能的主要指标，对提升其隐身能力具有重要影响。传统降低动力噪声的主要手段是浮筏隔振技术，但浮筏隔振无法克服低频减振能力差的局限。申请人前期提出引入磁悬浮作动器构成磁悬浮浮筏主动隔振系统以解决上述问题，但传统磁悬浮支承是基于平衡位置的控制，而磁悬浮作动器需进行刚度阻尼调节，只有对基于刚度阻尼控制的磁悬浮作动器的相关问题进行研究，才能将磁悬浮作动器与浮筏结合应用于潜艇隔振系统中。因此，本项目拟通过理论与实验相结合的方法，探索磁悬浮支承技术在浮筏隔振应用中引发的新问题，研究基于刚度控制的磁悬浮作动器模型的建立、磁悬浮作动器刚度阻尼对浮筏系统振动特性的影响、磁悬浮作动器与浮筏的刚度匹配规律、基于刚度匹配策略的磁悬浮作动器控制方法，探明复杂海洋环境和基础运动耦合下磁悬浮隔振系统的动力学性能与参数匹配规律，为磁悬浮作动器应用于隔振系统奠定理论基础，为提高我国潜艇的声隐身能力做出贡献。

潜艇的隐身能力是衡量潜艇战斗力的主要指标之一，我国潜艇的噪声一直是影响战斗力提高的重大障碍。因此，降低噪声、提高潜艇的声隐身能力是海军建设的重中之重。传统的被动隔振系统对低频振动隔振能力差，本项目提出将磁悬浮主动隔振用于潜艇减振降噪，建立了基于刚度控制的磁悬浮作动器的动力学模型以及控制通道数学模型，定义并计算了磁悬浮隔振器的刚度和阻尼，完成了基于刚度控制的磁悬浮作动器实验装置的设计，并进行了实验装置的加工，研究了基础运动下磁悬浮隔振器的主动模糊控制。通过实验数据辨识得到磁悬浮隔振系统的模型，采用动态子结构综合法，建立了磁悬浮隔振系统非线性动力学理论模型。提出了采用基于陷波器滤波的FXLMS前馈控制算法，即利用级联的陷波器对参考信号进行滤波，把频率分开输入给不同的控制单元。开展了基于陷波器滤波的FXLMS前馈控制算法的理论仿真和实验验证，实验结果和仿真结果基本一致，验证了控制模型及辨识模型的有效性。通过本项目研究表明磁悬浮主动隔振系统与被动隔振系统相比隔振效果显著提高，为磁悬浮主动隔振在实际主动隔振中的应用奠定理论基础。