船舶轴系运行过程所产生的横向振动不仅会干扰舱内周边设备的正常运行,加速轴承部件的老化,而且会加剧轴-壳耦合振动,提高船舶水下辐射噪声的量级,降低某些水下舰船的声隐身性。因此,近年来轴系横向振动控制问题备受学术界关注。
论文针对船舶轴系横向振动控制难题,通过对轴系横向振动传递特性、主动控制技术原理、FxLMS自适应滤波算法等研究,提出了一种通过改进FxLMS算法控制惯性式电磁作动器抑制轴系横向振动的主动控制方法,并通过振动主动控制数值仿真和轴系台架试验证明了论文方法的有效性。论文主要研究内容如下:
(1) 研究振动主动控制相关理论,为论文的轴系横向振动主动控制方法设计提供理论支持。分别从机械振动学的动力学机理、控制学中的自适应滤波算法原理两方面的理论展开研究,并讨论了轴系次级路径的系统辨识方法,选用离线辨识方法获取轴系次级路径模型。
(2) 对实际船舶轴系耦合系统进行合理抽象简化,建立轴系的解析模型。通过解析法计算轴系受到典型激励时所产生的横向振动响应,探究艉轴承径向支承刚度因素对轴系振动传递特性的影响、控制力于不同作用位置时的可控性两个关键问题,为后续设计轴系振动主动控制系统提供理论支撑。
(3) 改进FxLMS自适应控制算法,完成轴系横向振动主动控制系统设计。搭建轴系横向振动主动控制仿真模型,并通过实际采集轴系多工况运行时的振动数据,完成轴系次级路径离线辨识仿真与轴系振动主动控制仿真,证明论文方法用于轴系横向振动控制时的有效性。
(4) 基于论文所提出的改进FxLMS算法和主动控制系统设计方案,设计轴系横向振动主动控制试验系统,并以轴系试验台架为对象,完成轴系横向振动主动控制试验。试验结果证明,论文方法可有效抑制轴系横向振动,且算法经改进后,可使各主要特征谱线的降噪量普遍提升4 dB以上,个别能量突出的单根谱线的降噪量可提升至9 dB。