人体-座椅-船体-水波耦合系统振动主动控制及动态特性分析

论文摘要

随着快艇的大型化、高速化和船体的柔性化,船体和水波之间剧烈的耦合作用将会导致人体—座椅—船体—水波耦合系统中人体的竖向振动显著增大。单纯采用被动隔振已经不能满足人们对乘坐舒适性的要求,因此,利用主动控制抑制振动响应成为一种发展趋势。采取振动主动控制方法能够提高运输工具运行的平顺性和舒适性,并且取得了一定的成果。但是,目前将人体—座椅—船体—水波相互作用系统作为一个整体来研究的还不多见,涉及快艇悬挂座椅振动主动控制的研究几乎没有。本文将该耦合系统简化为这样一个物理模型:正玄水波、一根漂浮在水面两端自由且质量及剖面惯性矩沿船长不变化的等截面薄壁梁和双自由度簧上质量三者的耦合体。本文分析了快船航行过程中耦合系统在受到正玄波浪作用的动力响应。提出以人体加速度、速度和动挠度为目标函数的主动控制策略,应用经典线性最优控制理论,分析其可行性和有效性。以上分析中主要以人体加速度响应作为基本评价参数,并运用MATLAB数值计算语言编制了源程序分析计算。重点比较分析了主被动综合控制和被动控制之间以及不同控制策略之间的差异,揭示了耦合系统的振动实质,全面分析了各种参数变化对于控制系统的影响。本文的研究对于人体—座椅—船体—水波耦合系统的理论及其主被动综合控制具有一定的理论价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACI
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 船舶隔振技术的发展及研究现状
• 1.3 课题设想
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 课题的研究内容
• 第二章 振动控制理论
• 2.1 引言
• 2.2 结构振动控制
• 2.2.1 概念
• 2.2.2 结构振动控制技术的提出和发展现状
• 2.3 振动控制技术的分类
• 2.3.1 被动振动控制
• 2.3.2 主动振动控制
• 2.3.3 半主动振动控制
• 2.4 主动控制技术的基本方法
• 2.5 主动控制算法
• 2.6 振动主动控制发展趋势
• 2.7 主动悬架控制理论
• 2.7.1 悬架控制理论及应用
• 2.7.2 主动悬架应用中存在的主要问题
• 2.8 本章小节
• 第三章 人体—座椅—船体—水波耦合系统动力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 耦合系统模型的建立
• 3.2.1 系统模型及基本参数
• 3.2.2 耦合系统动力学分析
• 3.2.3 耦合系统的振动方程
• 3.3 耦合系统复频响应函数
• 第四章 耦合系统振动主动控制
• 4.1 引言
• 4.2 线性最优控制系统分析
• 4.2.1 确定性最优控制理论的原理
• 4.2.2 状态反馈控制和输出反馈控制
• 4.2.3 最优反馈控制结构
• 4.2.4 实际工程中常用的对应时不变系统
• 4.3 最优控制系统分析
• 4.3.1 座椅反馈控制系统
• 4.3.2 船体速度反馈和座椅速度反馈综合控制系统
• 4.4 反馈控制系统目标函数选取
• 4.4.1 以人体加速度最小作为目标函数
• 4.4.2 以人体速度最小作为目标函数
• 4.4.3 以人体加速度和人体动挠度最小作为目标函数
• 第五章 理论计算
• 5.1 引言
• 5.2 模型的基本参数
• 5.3 数值分析基础及MATLAB实现
• 5.4 分贝的定义
• 5.5 高阶振型对柔性系统的影响
• 5.6 耦合系统最优控制结论分析
• 5.6.1 控制参数R、Q、S的影响
• 5.6.2 最优控制条件下的系统响应
• 5.6.3 耦合系统的频域响应分析
• 5.7 本章小节
• 附图
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附件二: 学位论文评阅及答辩情况表