论文题目: 基于机械作动器的振动主动控制技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 轮机工程
作者: 王滨庆
导师: 王芝秋
关键词: 船舶振动,振动主动控制,主动消振,机械作动器,控制算法
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 将机械作动器应用于船舶振动主动控制特别是主动消振中是目前振动控制领域的重要研究课题之一。主动消振技术是通过计算或检测出振源或受控对象的有害振动的振动特性，利用有源作动器产生与有害振动同振幅、同频率、反相位的振动来减低甚至消除有害振动的方法。国外的大量研究和应用已充分证明，在船舶上安装主动消振装置的确是一种解决船舶振动问题的有效途径。本文以船舶振动主动控制为背景，对于主动消振理论、可调节力机械作动器、控制系统、控制算法等问题进行了全面深入的研究。主要有以下几个方面：系统地阐述了主动消振的基本原理，建立了主动消振的数学模型，并通过对船舶振动特性进行的的定性和定量的分析，论述了主动消振技术在船舶振动控制上应用的可行性。在国内首次研制了一种可调节力机械作动器，用来减少船舶由主机旋转频率的主要谐波分量引起的结构振动。这种机械作动器能够利用两个反向旋转不平衡质量块产生的离心力矢量，合成一种单自由度正弦控制力。控制力的调节是利用传动机构在运转过程中调节质量块的偏心距离来实现的。它不但可用于主动消振，还可应用于主动吸振。以可调节力机械作动器为基础，设计了适用于船舶主动消振的控制系统。它主要由QMAC运动控制器和上位工控机组成，通过精确地控制两台交流伺服电机的运动，能够使可调节力机械作动器在受控结构上产生所需的控制力。结合可调节力机械作动器及其控制系统的实际需要，依据船舶振动和自动控制理论，提出了调相解析法、动态补偿自寻最优法和神经网络控制法等3种有一定独创性的控制算法。它们都能够自动辨识机械作动器的最优相位和最优偏心距，并且能够在没有预先辨识船体结构动态特性的情况下使用。通过用MATLAB进行的主动消振仿真实验，证明这3种控制算法都具有较高的准确性和实用性。在机械作动器的实际应用中，这3种算法既可单独使用，也可联合使用。根据船舶结构的振动特性，搭建了主动消振试验台架。其构成的主要部件包括模拟船舶甲板振动的受控结构和电动激振器全部自行研制。对实验台架的振动特性进行测试之后，在实验台架上利用可调节力机械作动器及其控制系统，应用调相解析法、动态补偿自寻最优法和神经网络控制法等算法进行了一系列主动消振试验，其试验结果充分证明了可调节力机械作动器及其控制系统、控制算法在船舶振动主动控制中的先进性和有效性。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 振动主动控制的目的和意义
1.1.1 振动控制方法概述
1.1.2 振动主动控制技术简介
1.2 船舶主动消振技术在国外的研究状况
1.3 船舶主动消振技术在国内的研究状况
1.4 本文的研究目的及主要内容
第2章 船舶主动消振的数学模型及应用分析
2.1 结构振动主动控制的数学描述
2.2 主动消振系统的前馈控制数学模型
2.3 主动消振的控制流程
2.4 船舶振动概述
2.5 船舶振动的主要激振源
2.5.1 柴油机振动分析
2.5.2 螺旋桨振动分析
2.6 船舶结构振动简析
2.6.1 船体桁材振动
2.6.2 船舶上层建筑振动
2.6.3 局部振动
2.7 船用主动消振系统的应用分析
2.8 本章小结
第3章 可调节力机械作动器的设计
3.1 引言
3.2 机械作动器的工作原理及其结构
3.3 机械作动器运动控制模式的确定
3.3.1 机械作动器的运动控制分析
3.3.2 伺服系统简介
3.3.3 同步控制系统简析
3.3.4 运动伺服系统的选择
3.3.5 机械作动器控制电机的选择
3.4 机械作动器电气系统的选型
3.4.1 交流伺服电机的选择
3.4.2 伺服电机的选型计算
3.4.3 交流伺服电机及驱动器的主要特性
3.5 可调节力机械作动器的机械结构设计
3.5.1 可移动部分的设计
3.5.2 偏心块的设计
3.6 可调节力机械作动器的主要特性
3.7 本章小结
第4章 机械作动器控制系统及其控制结构
4.1 可调节力机械作动器的控制系统
4.1.1 QMAC多轴运动控制器
4.1.2 上位工控机
4.1.3 振动传感器
4.2 机械作动器控制系统的控制结构
4.3 机械作动器运动控制结构
4.3.1 速度环结构
4.3.2 位置环结构
4.3.3 位置环数字PID控制算法
4.3.4 机械作动器伺服电机的运动控制
4.4 本章小结
第5章 可调节力机械作动器的控制算法
5.1 主要消振频率的确定
5.2 主控模块
5.3 振动响应数据采集模块
5.4 最优相位和偏心距计算模块
5.4.1 调相解析法
5.4.2 动态补偿自寻最优算法
5.4.3 神经网络控制算法
5.4.4 作动器最优相位和偏心距控制算法比较
5.5 本章小结
第6章 机械作动器的主动消振试验研究
6.1 主动消振试验台架的建立
6.2 主动消振试验的理论分析
6.3 ANSYS分析计算
6.3.1 有限元理论简介
6.3.2 ANSYS模态分析
6.3.3 ANSYS谐波响应
6.4 试验台架固有频率的检测
6.5 主动消振试验及分析
6.5.1 调相解析法试验及分析
6.5.2 动态补偿自寻最优算法试验及分析
6.5.3 神经网络控制算法试验及分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
个人简历
发布时间: 2007-08-21
参考文献
- [1].机械作动器在船舶减振上的应用研究[D]. 韩广才.哈尔滨工程大学2005
- [2].船用柴油发电机组振动主动控制研究[D]. 朱明刚.哈尔滨工程大学2012
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