磁悬浮支承双层隔振系统的半主动模糊隔振控制

　　双层隔振是船舶动力设备的一种新型隔振装置,其机理是利用两层弹性元件的阻尼和中间质量的设计来控制并吸收、衰减弹性波,获得良好的隔振效果。在国外有美国和前苏联在20世纪中后期研究取得了很大进展,把双层隔振技术以及由其发展而来的浮筏技术应用于舰船使得噪声降低了约30 dB至40 dB[1]。我国研究起步较晚,但也求得了较大的成果,现在双层隔振技术以及浮筏隔振技术仍是隔振技术研究的重点[2-3]。半主动隔振系统在控制品质上接近于全主动控制系统[4],且控制较为简单,能耗小。磁悬浮支承技术是上个世纪发展起来的支承技术,具有可控可调的特性[5-6],尤其是刚度和阻尼特性能够根据控制器的参数改变[7]。本文拟将磁悬浮支承技术应用于双层隔振系统,充分发挥双层隔振系统和磁悬浮支承的主动控制特性。设计磁悬浮支承系统结构,并建立基于磁悬浮支承和常规支承为一体的双层隔振系统模型,搭建磁悬浮支承的双层隔振实验平台。本文利用磁悬浮支承,通过控制参数改变,改变磁力进而刚度阻尼可调原理,设计了半主动输出反馈的模糊控制器,进行了仿真分析,研究复杂激励以及冲击载荷激励下的输入力与输出力曲线。

　　1　磁悬浮支承双层隔振系统模型

　　本文主要研究磁悬浮支承对双层隔振的影响,图1所示的双层隔振系统,其中m1为安置在双层隔振系统上所有动力机械的质量总和,m2为中间质量的质量, k1、k2为上下层常规弹簧的刚度,Fin为外界激振力,Fout为传递到基础上的力, c为常规弹簧的阻尼,u为磁悬浮支承单元所产生的磁力。z1、z2分别为隔振机械设备和中间质量的位移。工程中有许多隔振指标来描述隔振系统的隔振效果,对于双层隔振系统来说,力传递率Tf能够清楚地表示出双层设备的隔振效果,是常用的隔振指标。其表达式为[8-9]:

　　3　模糊控制器(Fuzzy controller)

　　由式(4)看出磁悬浮支承系统是一种典型非线性器件,双层隔振系统本身也是复杂非线性系统,因此对此类双层隔振系统装置的控制系统提出较高的要求。采用传统的PID控制或者最优控制很难建立系统精确数学模型,控制结果很难满足要求。模糊控制器是一种不需对控制对象精确建模的控制器,而且对过程参数的变化不敏感,具有很强的鲁棒性[9-10]。适合对非线性系统进行比较准确的控制。因此本文采用模糊控制方法,并建立模糊控制器,如图5。

　　3·2　解模糊化

　　解模糊化采用重心法进行,可得到所要求结果。

　　3.3　输出电流控制

　　磁悬浮支承最大电磁力受到结构参数等限制,只能为一个有限值,所以在输出反馈模糊控制磁悬浮支承双层隔振系统中引入饱和非线性控制环节,限定最大输入电流10 A。