磁悬浮浮筏主动隔振系统刚度匹配机理的研究

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 not 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 design theory and method of the magnetic suspension floating raft active vibration isolation system will be built in order to enhance the acoustic hiding ability of our country's submarine and contribute to our country's national defense.

潜艇在我国国防建设中具有重要的战略意义，潜艇的静音能力是衡量战斗力的主要指标之一，降低动力噪声的主要手段是采用浮筏隔振技术，但浮筏隔振无法克服低频减振能力差的难题，本项目提出引入磁悬浮作动器构成磁悬浮浮筏主动隔振系统加以解决。传统磁悬浮支承是进行平衡位置控制，而磁悬浮作动器是进行刚度阻尼调节，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。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、研究磁悬浮作动器刚度阻尼对浮筏系统振动特性的影响、研究磁悬浮作动器与浮筏的刚度匹配规律、研究基于刚度匹配策略的磁悬浮作动器的控制方法，构建磁悬浮浮筏主动隔振系统的设计理论与设计方法，为磁悬浮作动器应用于隔振系统奠定理论基础，为提高我国潜艇声隐身技术水平和国防事业作出贡献。

潜艇在我国国防建设中具有重要的战略意义，潜艇的静音能力是衡量战斗力的主要指标之一，降低动力噪声的主要手段是采用浮筏隔振技术，但浮筏隔振无法克服低频减振能力差的难题。本项目提出磁悬浮作动器与浮筏结合使用的“磁悬浮浮筏主动隔振系统”，即在振源与受控对象之间增加能够进行主动控制的磁悬浮作动器，综合利用浮筏隔振和磁悬浮作动器隔振的优点，改进隔振系统的隔振降噪效果，解决浮筏隔振无法对低频振动进行衰减的问题。.本项目通过理论与实验相结合的方法，建立了基于刚度控制的磁悬浮作动器的理论模型和仿真模型，研究了影响其刚度变化的因素；根据理论研究和计算机仿真分析结果，完成了可变刚度电磁-空气弹簧混合隔振器的分析设计，设计了一种新型结构的气磁主被动混合隔振器；综合考虑空气弹簧承载能力大和磁悬浮隔振器能够抑制空气弹簧低频共振的特点，推导出了空气弹簧刚度与磁悬浮隔振器位移刚度间的关系；研究了气磁主被动混合隔振器的设计准则；依据该设计准则进行了实例设计；空气弹簧和磁悬浮隔振器的刚度取不同值时，对气磁主被动混合隔振系统的固有频率和力传递率进行了仿真分析，结果表明增大磁悬浮隔振器刚度的绝对值或降低空气弹簧的刚度值，可以达到更好的隔振效果。通过研究所获得的空气弹簧与磁悬浮隔振器间的刚度匹配策略和刚度设计准则，是磁悬浮浮筏主动隔振系统设计的关键。.本项目研制了磁悬浮浮筏主动隔振系统实验装置，进行了磁悬浮主动隔振系统模型辨识研究，研究了磁悬浮浮筏主动隔振系统控制方法，如自适应前馈控制方法、H∞控制方法、模糊控制方法和LQR控制方法等。.本项目在磁悬浮浮筏主动隔振系统实验装置上采用自适应前馈和H∞等控制方法开展了控制系统性能实验研究，进行了单激励源单通道、多激励源单通道和单激励源多通道等控制实验，实验结果与仿真结果基本一致，实验取得了明显的减振效果。.上述研究工作为磁悬浮浮筏主动隔振系统的设计和应用奠定了理论基础。