采用电磁分支电路阻尼吸振器的游艇减揺技术

    轻型游艇在海上高速航行时，受到海浪、海风以及海流等海洋环境扰动的作用，不可避免地要产生摇晃运动，这将严重影响船体的稳定性与安全性，同时也显著降低了驾驶及乘坐的舒适感。因此，对游艇进行减摇控制是一个迫切需要研究解决的问题。传统的减摇技术，如减摇水舱、减摇鳍［1］等，由于占用船体空间尺寸大，生产成本高，难以适应复杂海况，适应性有限。虽然综合减摇技术［2］可以得到较好的控制效果，但是结构和设计的复杂性大大增加，不利于整体减摇装置可靠性的提高。

    动力吸振器是一项发展成熟的结构减振技术，它的优点是结构尺寸小，工作原理简单，可靠性高，在许多工程领域均得到了广泛应用［3］。在船舶工程领域，动力吸振器多是用于降低船体结构的振动［4］，然而，将动力吸振器应用于船体的减摇稳定控制研究迄今国内外尚不多见。

    电磁分支电路阻尼吸振器［5 －8］( ElectromagneticShunt Damping Absorber，EMSDA) 是一种新近发展的减振技术，与传统的电磁阻尼吸振器［9 －10］不同，它是由一对正对的电磁体 － 永磁体和一个与电磁线圈并联的分支电路构成的闭合回路组成，合理地设计分支电路，可以显著地增加电磁阻尼，从而实现结构的振动控制。本文采用电磁分支电路阻尼吸振器，建立了游艇与电磁分支电路阻尼吸振器的耦合动力学模型。动力吸振器的参数优化是提高控制效果的一个重要途径，历来受到广泛研究［11 －13］，本文在所建模型的基础上，进一步对电磁分支电路阻尼吸振器进行了参数优化设计。考虑游艇所受激励为随机载荷，因此将船体运动的位移方差作为吸振器优化设计的目标函数，并采用微粒群优 化 算 法［14 －17］( Particle Swarm Optimization algo-rithm，PSO) 来求解对应的优化问题，最后基于得到的优化参数，对采用 EMSDA 的游艇减摇控制进行了数值仿真研究。

    1 电磁分支电路阻尼吸振器

    1. 1 EMSDA 的工作原理

    图 1( a) 和( b) 为 EMSDA 的基本结构，它由弹性框体、吸振器质量、永磁体和电磁体以及分支电路四部分组成，其中 Ｒe、Le为电磁线圈的电阻与电感，Ｒ、L 为分支电路的电阻与电感。永磁体部分由两块圆柱形磁铁同极正对紧压在一起组成，电磁线圈套筒则附着在弹性框体上部。当被控结构振动时，吸振器弹性框体会随之发生变形导致框体上下相对错动，从而在电磁线圈中产生感应电流。感应电流被接入到图 1( b) 所示的分支电路控制回路中，通过调节分支电路参数，可以显著地增加系统产生的电磁阻尼，达到振动控制的目的。