基于Simulink的舰船主炮半主动控制隔振系统仿真与分析

摘要

当前隔振研究中，振动控制策略无论是在学术研究还是在实际应用中都得到了迅速的发展。半主动控制已成为近年来振动控制研究的热点之一，因为其控制效果接近主动控制策略，而且只需要输入少量的能量。半主动隔振器最大的优势，就是根据时变系统进行实时调整，方便灵活。磁流体液属于一类新的智能材料，其流变性能可通过调整施加的磁场来控制。基于磁流变液开发的隔振器结构简单，阻尼力可连续调节。它响应速度快，阻尼力大，能耗低的优点使其成为最优秀半主动控制器之一，应用前景非常广阔。本文的目的是研究这种隔振器在舰船主炮隔振系统中的应用可能性，并分析其在结构减振方面的性能。　　本文首先论述了的研究背景及目的，归纳总结了国内外舰船隔振系统、半主动控制、仿真技术的研究现状。提出了磁流变技术在舰船主炮隔离系统中应用的可行性。　　其次，简要说明了国内外磁流变液和磁流变阻尼器的研究情况。分类介绍了各种主流磁流变阻尼器的力学模型；适用于舰船主炮系统磁流变阻尼器力学模型的分析与选择。　　然后利用牛顿定律建立舰船主炮模型的动力学方程，应用 Simulink 软件仿真简化隔振系统模型，分析隔振系统可以改善和优化的参数，接着对隔振系统进行有限元ABAQUS模态仿真分析，获取其前八阶振动模态。　　接着讨论了常用的半主动控制策略。介绍了最优控制算法的基本原理和操作步骤，并将动力方程与现代控制理论结合，利用Matlab求解控制反馈增益矩阵K，选择和介绍适合于该模型的磁流变阻尼器模型。　　最后，根据第三，四，五章已经阐述的内容与结论，建立了舰船主炮半主动隔振系统的 Simulink 仿真模型。将仿真结果与被动控制隔振系统进行了比较。仿真结果表明，应用磁流变阻尼器和半主动控制策略可以有效地提升隔振系统的振动效果。

目录

1 绪 论

1.1研究目的及意义

1.2.1磁流变弹性体

1.2.2磁流变阻尼器在舰船隔振的运用

1.2.3 MR阻尼器半主动控制常用策略

2 磁流变液和磁流变阻尼器

2.1磁流变液

2.2 MR阻尼器的工作模式

2.2.1 Bingham模型

2.2.2改进的Bingham模型

2.2.3 BoueWen模型

2.2.4含有质量因子的温度现象模型

3 舰船隔振系统动力学建模与仿真

3.1动力学仿真的目的和内容

3.1.1隔离体所受激励力已知

3.1.2隔离体所受激励力未知

3.2隔振效果的评价方式

3.3动力学仿真

3.3.1单自由度系统的动力学方程

3.3.2隔振系统的力学模型

3.3.3建立动力学方程及有限元仿真

3.4本章小结

4 舰船磁流变隔振系统控制器的优化设计

4.1常见半主动控制策略分类

4.2最优控制策略

4.2.1线性二次型最优控制

4.3舰船主炮隔振系统控制器设计

4.4磁流变阻尼器参数模型选择

4.5本章小结

5 磁流变半主动隔振系统仿真

5.1 Simulink仿真工具

5.2应用Simulink进行系统仿真

5.2.1输入量和输出量

5.2.2输入量的选择

5.2.3 Simulink仿真及其参数

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1研究结论

6.2研究不足与展望

参考文献

附录

学位论文数据集

致谢