双层隔振系统耦合振动主动控制试验研究

　　引　言

　　双层隔振装置可以大幅度降低机械设备振动向基础或环境的传递,是隔离振动和结构噪声的有效措施。理论上,其传递率已达-24dB/倍频程,因而得到广泛的应用。然而,这种被动式的隔振方式对于低频振动,尤其是双层隔振装置自身固有频率附近的振动,难以进行有效隔离。由于低频振动及其低频声波具有很强的辐射能力和弱的传播衰减特性,因此被动隔振技术这一自身固有的缺陷一直严重影响着军用舰船自身隐敝性和战斗力的提高,急需研究和开发出一种新的、有效的低频振动隔离技术和方法。有源的主动隔振技术应运而生。舰船柴油机双层隔振系统的主动控制技术在文献[1～3]中有了较为系统的论述,理论研究和模拟试验结果均表明它具有优于被动隔振技术的低频特性。然而已有的研究大多集中于对双层隔振系统单方向振动即柴油机垂向振动的主动控制研究,控制器属于单输入单输出系统(SISO—Single Input Single Output)。而柴油机的扰动力除了各种不平衡的惯性力,还包括各种不平衡的惯性力矩及由于工作循环间歇进行所造成的不均匀扭矩等等,这将引起柴油机工作时多方向的耦合振动。因此,对耦合振动的主动控制研究是十分必要的。

　　为了有效地抑制柴油机工作时整机振动向基础的传递,本文提出一种基于双层隔振的多点自适应有源控制的策略。在被动式双层隔振台架的下层质量上,合理地布置次级振源和误差评价点,在这几个误差评价点的振动响应得到抑制的情况下,即认为下层质量的整体振动得到了有效的控制,从而隔离了柴油机多方向耦合振动向地基的传递。相应的算法采用多误差x-LMS算法。模拟试验结果表明这种多点自适应有源控制策略是可行的。

　　1　双层隔振系统的耦合特性和控制系统的设计

　　由于柴油机扰动力的多样性,有必要研究双层隔振系统的耦合特性,以便得出整个系统在外扰下的振动情况。

　　本文研究的对象是一个双层隔振模拟试验台。上下层质量外型规则、质量均匀。上层质量m1=60kg,下层质量m2=33.6kg。上下层质量之间采用四只EA-15型隔振器相对于横向和纵向坐标轴对称分布,而下层质量与地基之间采用EA-60型隔振器8只,两两串联,成四组对称布置。整个台架结构布置如图1所示。

　　对于一个任意布置的双层隔振系统,在不采取任何解耦措施的情况下,其固有振型是互相耦合的。本文所研究的双层隔振装置做了如下的解耦设计:上下层质量外形规则、质量均匀,重心在同一铅垂线上,上层质量主惯性轴与参考坐标轴重合,下层质量主惯性轴与各相应参考坐标轴平行;上下层弹性支承都对称分布。不难看出,此时的固有振动模式为铅垂方向(沿x轴方向)两质量的弹性耦合振动(x1-x2),绕铅垂坐标轴(x轴)的回转振动(α1-α2)和横向(沿z轴方向)-横摇(绕y轴)的耦合振动(z1-β1-z2-β2),纵向(沿y轴方向)-纵摇(绕z轴)的耦合振动(y1-γ1-y2-γ2)。其振型耦合关系如图2所示[4]。