主动式液压伺服隔振系统的研究

　　目前大功率柴油机仍是某些舰船的主要动力,其振动严重危害着载体船、机械及设备的正常工作,对人和环境造成了极大的污染和危害.振动主动控制的热点和难点主要在两个方面,一是控制技术的研究、控制理论及新算法和手段在振动控制领域的应用,其二是执行机构的研究,后者是工程应用的实际问题,是主动控制能否实际应用的关键,所以尤显重要.目前常用的主动执行机构有伺服气动式、伺服液压式、电磁式、电动式、压电式及磁致伸缩材料等,这些执行机构很难满足所有要求,只能是各有所长[1,2].

　　液压伺服主动执行机构主要应用于低频需要的场合,由于其工作介质)液压油的不可压缩性,因而具有比空气伺服主动执行机构更优良的动态特性;在功率重量(或体积)比方面,液压执行机构又比电磁执行机构几乎要高一个数量级.因此,尽管其有效频带不宽但仍获得了很多应用[3~5].

　　本文根据实际液压伺服隔振系统的参数对反馈控制理论原理进行了研究,以双层隔振系统上层质量受激扰为例,建立了双层隔振系统的理论模型,用传递函数分析法推导出系统力传递率,在系统稳定的基础上,利用计算机仿真详细讨论了系统在各种反馈参数条件下及不同的反馈增益条件下的系统振动主动控制性能.

　　1 模型分析^[6,7]

　　图1为液压伺服双层隔振系统的理论模型.图中m、k、c分别表示系统的质量、刚度、阻尼,x1、x2分别表示系统的上、下层质量m1和m2的位移,fk为液压伺服执行器产生的控制力,f为作用在上层质量上的激扰力,A表示液压伺服执行器S表示传感器,C表示控制器.

　　1.1 运动微分方程

　　1.2 压缸的传递函数

　　滑阀的流量线性化方程为

　　式中:QL为负载流量,Kq为滑阀流量增益,xV为滑阀阀芯位移,Kc为滑阀流量)压力系数,PL为负载压力,A为液压缸活塞的有效作用面积,Ctc为液压缸的总泄漏系数,Vt为液压缸的总容积,Be为等效体积弹性系数.

　　令Q=KqxV,式中Q为滑阀流量,对式(7)、(8)进行拉氏变换并计算得

　　1.3 伺服阀的传递函数

　　为了简化系统的动态分析与设计,将伺服阀的传递函数简化为二阶振荡环节

　　式中:ka为放大器与线圈电路增益,ksv为伺服阀流量增益,kb为前置放大器增益,Nv为伺服阀的阻尼比.

　　1.4 系统由下层质量传到地基的力传递函数

　　系统上层质量受到激扰时,基础受力为

　　1.5 隔振系统的力传递函数

　　设控制器输入表达式为系统响应的绝对坐标和相对坐标的线性组合,即