柔性基础上马达周期振动的主动隔离

　　0　引言

　　振动隔离中基础的非刚性问题,在现代航空航天和舰船等工程领域尤为突出。船用内燃机的安装机座大多为薄板焊接结构,飞行器上的引擎和精密仪器安装在柔性梁板支承结构上,对该类隔振设计的一般结论为:当基础的基频小于非耦合隔振系统固有频率的10倍时,柔性基础将和振动机器产生严重的动力耦合,必须考虑基础的动态特性对隔振效果的影响^[1]。

　　无源隔振系统对低频和宽带随机激励隔振效果差,为了获得高水平的振动隔离,柔性基础主动隔振策略的理论研究和实验研究已引起国外有关部门的高度重视。Sciulli[2]在USAF的资助下,研究了柔性基础单自由度隔振设计问题;Howard[3]对潜艇的主动隔振进行了理论研究,并提出以输入到船壳的振动功率流最小为主动隔振的代价函数。这一观点得到了英国Southampton大学ISVR的Pinington和Elliott教授的认可:振动功率流是评价柔性基础上主动隔振系统隔振效果的重要参量^[4]。

　　在上述研究的基础上,本文对柔性基础多支承多扰源主动隔振系统的动态特性和控制策略进行了初步探讨。并用振动功率流定量分析了系统的振动传递特性。旨在从理论上提出一种主动隔振策略:在降低柔性接受体结构噪声辐射的同时,有效抑制机器的振动。以期对舰船和飞行器等结构上马达的主动隔振设计提供理论依据。

　　1　主动隔振系统的动态分析

　　系统的动态特性分析是有效地实施主动控制策略的第一步。工程实际中,机器大多通过多个支承(n个)而不是单个支承安装。如果采用Elliott的6自由度隔振模型,就需要预测或测试机器安装部位的6n×6n个导纳值,这在工程实际中是很难实现的。从可实现性出发,本文只考虑对振动传输影响最大的垂向振动。为使模型更具一般性,研究激振力偏心的情况。

　　在主动隔振设计中,作动器可采用和被动隔振元件并联或串联的方式。本文中采用作动器和被动隔振器并联的方式,且只提供轴向二次力。因为这种方式可保证在系统共振频率处的二次控制力较小,提高控制系统的稳定性^[5]。

　　如图1所示,机器受到偏心激振力fe的作用,偏心距为L,通过n个支承安装。基础为弹性,以充分模拟舰船、飞行器等结构上马达和仪器的振动隔离问题。机器质心处的外扰矢量和速度矢量分别记为Fe,Ve;n个主动支承上端的力矢量和速度矢量分别记为Ft和Vt;n个主动支承下端的力和速度矢量分别记为Fb和Vb。

　　机器的动态特性用其导纳矩阵描述

　　这里,导纳矩阵的子矩阵Aii可由解析法或实验的方法得到。主动支承的动态特性可由阻抗矩阵给出