一種柔性浮筏智能隔振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隔振系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種柔性浮筏智能隔振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]潛艇的聲隱身能力是關(guān)系其生命力和戰(zhàn)斗力的重要因素之一，因此降低潛艇的振動(dòng)噪聲水平是一件非常重要的工作。浮筏是目前廣泛應(yīng)用于各國潛艇的一種減振降噪設(shè)備，它能顯著地降低艇內(nèi)設(shè)備的高頻段振動(dòng)向艇體的傳遞，但在低頻段的減振效果以及智能化、通用化方面卻不甚理想。目前，公知的浮筏隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模方法中主要有多剛體動(dòng)力學(xué)建模方法、有限元?jiǎng)恿W(xué)建模方法、阻抗綜合建模分析方法、模態(tài)阻抗綜合建模分析方法、基于四端參數(shù)的矩陣建模分析方法等，多剛體建模方法的基本思想是將設(shè)備、筏體及基礎(chǔ)處理為沒有彈性和阻尼的剛體，將隔振器處理為無質(zhì)量的彈性阻尼元件，由于其物理概念清晰，建模分析方便，計(jì)算規(guī)模相對(duì)較小，而且更重要的是它反映了系統(tǒng)的主要特征，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值。有限元建模方法基于考慮筏體的彈性影響，將筏體視為彈性體進(jìn)行有限元?jiǎng)澐郑O(shè)備仍作為剛體處理，與多剛體力學(xué)建模方法相比，展寬了系統(tǒng)頻帶，提供了更豐富的高頻信息。阻抗綜合建模方法是基于兩個(gè)子系統(tǒng)在連接點(diǎn)處的阻抗與外力關(guān)系滿足疊加原理這一基本思想來分析問題的，其基本方法是將構(gòu)成系統(tǒng)的各組成部分單獨(dú)考慮，用機(jī)械阻抗來描述其各自的特性，再通過各部分連接點(diǎn)處的連接關(guān)系綜合得到整個(gè)系統(tǒng)的阻抗方程，從而獲得系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題的解。模態(tài)阻抗綜合建模方法在以往阻抗分析方法的基礎(chǔ)上，采用模態(tài)坐標(biāo)代替物理坐標(biāo)，將各物理量用模態(tài)量表示，通過由模態(tài)坐標(biāo)表示的部件阻抗矩陣疊加得到系統(tǒng)矩陣，這樣可以方便地根據(jù)求得的系統(tǒng)模態(tài)坐標(biāo)解來計(jì)算系統(tǒng)任意點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)。基于結(jié)構(gòu)四端參數(shù)來分析隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)際上是一種傳遞矩陣分析方法，對(duì)每一子結(jié)構(gòu)用導(dǎo)納矩陣來描述其特性，然后通過各子結(jié)構(gòu)的特性矩陣運(yùn)算得到整個(gè)系統(tǒng)的解。
[0003]現(xiàn)有浮筏隔振系統(tǒng)并未實(shí)現(xiàn)智能化通用型寬頻帶性設(shè)計(jì)，浮筏隔振系統(tǒng)包含構(gòu)型設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)建模、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)部分，現(xiàn)有的建模方法使得隔振主動(dòng)控制系統(tǒng)中易產(chǎn)生控制溢出，觀測溢出以及不易實(shí)現(xiàn)智能控制器設(shè)計(jì)復(fù)雜等問題，因此限制了主動(dòng)隔振技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)柔性浮筏隔振系統(tǒng)智能化通用型寬頻帶控制，首先提出新的浮筏隔振系統(tǒng)構(gòu)型，其次建立柔性浮筏隔振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，最后建模問題是首要解決的問題。考慮到控制的實(shí)時(shí)性，所建的動(dòng)力學(xué)模型要結(jié)構(gòu)簡單、維數(shù)低、便于寬頻帶控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種柔性浮筏智能隔振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案包括如下步驟:
[0006]步驟1:根據(jù)柔性浮筏隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖確定傳感器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、非自鎖限位開關(guān)及其電源和電機(jī)減速器組合體的配置數(shù)量、裝配位置:
[0007]所述的傳感器應(yīng)粘接在筏架底面。
[0008]所述的非自鎖限位開關(guān)在步進(jìn)電機(jī)絲杠的左端與右端各設(shè)置一個(gè)，在電機(jī)減速器組合體上方的彈簧導(dǎo)桿上端和下端各設(shè)置一個(gè)。
[0009]步驟2:傳感器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)減速器組合體、非自鎖限位開關(guān)及其電源的選型:
[0010]傳感器選型依據(jù):選擇ΙΕΡΕ壓電加速度振動(dòng)傳感器，其性能指標(biāo)如下:電纜接頭為BNC接頭、外殼材料為不銹鋼、橫向靈敏度應(yīng)小于5%、幅值線性應(yīng)小于1%、激勵(lì)電壓為18Vdc?28Vdc、激勵(lì)電流為2?10mA、輸出電壓信號(hào)為±10V、輸出阻抗為100Ω、靈敏度大于等于50mV/g、頻響范圍Hz( ±10% )為0.2?4k、量程為大于等于± 10g、溫度范圍為-40?+121°C、重量小于30克；
[0011]步進(jìn)電機(jī)選型依據(jù):步距角小于等于1.8°、溫升小于80°C、環(huán)境溫度-40?+121°C、徑向間隙小于0.02毫米、軸向間隙小于0.08毫米、靜轉(zhuǎn)矩大于0.39N.m;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選型依據(jù):工作溫度-40?+45°C、濕度要求為不能結(jié)露，不能有水珠、禁止有可燃?xì)怏w和導(dǎo)電灰塵，其他性能指標(biāo)需與步進(jìn)電機(jī)相配套；
[0012]電機(jī)減速器組合體選型依據(jù):額定電壓大于12V、空載轉(zhuǎn)速大于等于237rpm、負(fù)載轉(zhuǎn)速大于等于165rpm、負(fù)載扭矩0.3kg.cm、功率大于0.5W ；
[0013]非自鎖限位開關(guān)選型依據(jù):額定工作電壓小于等于24V，其外形幾何尺寸不得大于電機(jī)減速去組合體上端彈簧內(nèi)徑；
[0014]非自鎖限位開關(guān)電源選型依據(jù):直流電源，額定工作電壓小于等于24V;
[0015]步驟3:傳感器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電源、電機(jī)減速器組合體、非自鎖限位開關(guān)及其電源、Dspace接線與安裝:
[0〇16]傳感器的接線與安裝:每個(gè)傳感器與Dspace AD通道相連；
[0017]電源的接線與安裝:驅(qū)動(dòng)電源與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連接；
[0018]直流減速電機(jī)的接線與安裝:電機(jī)減速器組合體直接與DspaceDA通道相連;非自鎖限位開關(guān)接線與安裝:與配套電源形成并聯(lián)回路；
[0019]步驟4:設(shè)計(jì)MATLAB/Simul ink控制算法，設(shè)置相關(guān)通道:
[0020]仿真模型采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊數(shù)量的多少取決于，浮筏隔振系統(tǒng)模塊數(shù)量的多少，其中，如圖5單個(gè)模塊控制算法流程如下:
[0021 ]步驟4.1:
[0022]步驟4.1.1:將上限位開關(guān)1收集到的數(shù)據(jù)與下限位開關(guān)1收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行與運(yùn)算；
[0023]步驟4.1.2:將步驟4.1.1得到的數(shù)據(jù)與0進(jìn)行比較運(yùn)算；
[0024]步驟4.1.3:將步驟4.1.2得到的數(shù)據(jù)與0進(jìn)行異或運(yùn)算；
[0025]步驟4.2:將傳感器1收集的數(shù)據(jù)與0進(jìn)行比較，如果大于等于0，則輸出1，否則輸出0；
[0026]步驟4.3:
[0027]步驟4.3.1:將右限位開關(guān)1和左位開關(guān)1收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行或運(yùn)算；
[0028]步驟4.3.2:將步驟4.3.1得到的數(shù)據(jù)與0進(jìn)行比較運(yùn)算；
[0029]步驟4.3.3:將步驟4.3.2得到的數(shù)據(jù)與0進(jìn)行異或運(yùn)算；
[0030]步驟4.4:將方波脈沖信號(hào)與1進(jìn)行與運(yùn)算；
[0031]步驟4.5:將1與1進(jìn)行與運(yùn)算；
[0032]步驟4.6:
[0033]步驟4.6.1:將步驟4.1.3得到的數(shù)據(jù)與步驟4.2得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行與運(yùn)算；
[0034]步驟4.6.2:將步驟4.6.1得到的數(shù)據(jù)與0進(jìn)行比較，如果大于0，則輸出1，否則輸出-1;
[0035]步驟4.6.3:將步驟4.6.2得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為double類型，通過輸出通道1進(jìn)行輸出；
[0036]步驟4.7:
[0037]步驟4.7.1:將步驟4.2得到的數(shù)據(jù)與步驟4.3.3得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行與運(yùn)算；
[0038]步驟4.7.2:將步驟4.7.1得到的數(shù)據(jù)通過BIT#24通道進(jìn)行輸出；
[0039]步驟4.8:步驟4.4得到的數(shù)據(jù)通過BIT#25通道進(jìn)行輸出；
[0040]步驟4.9:步驟4.5得到的數(shù)據(jù)通過BIT#26通道和BIT#27通道進(jìn)行輸出；步驟5:將MATLAB/Simul ink控制算法下載到Dspace硬件當(dāng)中，在線運(yùn)行與監(jiān)測。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:充分利用當(dāng)前科技平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)浮筏控制系統(tǒng)智能化，使得浮筏隔振控制系統(tǒng)執(zhí)行效率高，在工程實(shí)踐中簡單易行，便于產(chǎn)業(yè)化推廣。
【附圖說明】
[0042]
[0043]圖1為本發(fā)明的寬頻帶柔性浮筏隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖2為本發(fā)明的寬頻帶柔性浮筏隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖3為本發(fā)明的寬頻帶柔性浮筏隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)爆炸圖；
[0046]圖4為本發(fā)明的寬頻帶柔性浮筏隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)爆炸圖；
[0047]圖5是單個(gè)模塊系統(tǒng)方法流程圖；
[0048]圖6是系統(tǒng)接線圖；
[0049]圖7是4個(gè)模塊系統(tǒng)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]如圖1-圖4所示，一種柔性浮筏智能隔振系統(tǒng)，包括筏架(1)、固定底板(2)、彈簧導(dǎo)桿(3)、可移動(dòng)支撐彈簧(4)、四角頂桿(5)、側(cè)面頂桿(6)、四角隔振彈簧(7)、側(cè)面彈簧(8)、頂端滑槽(9)、底端滑槽(10)、頂端滑塊(11)、底端滑塊(12)、電機(jī)減速器組合體(13)、絲杠(14)、步進(jìn)電機(jī)(15)、傳感器和非自鎖限位開關(guān)，其中設(shè)置于上方的筏架(1)和設(shè)置于下方固定底板(2)用于固連它們中間的零部件，在所述筏架(1)和所述固定底板(2)間設(shè)置有彈簧導(dǎo)桿(3)，所述彈簧導(dǎo)桿(3)內(nèi)嵌于所述可移動(dòng)支撐彈簧(4)中，在所述筏架(1)和所述固定底板(2)的四邊分別設(shè)置有四角頂桿(5)、側(cè)面頂桿(6)，所述四角隔振彈簧(7)內(nèi)嵌于該四角頂桿(5)中，所述側(cè)面彈簧(8)內(nèi)嵌于該側(cè)面頂桿(6)中，所述筏架(1)的底面設(shè)置有頂端滑槽(9)，同時(shí)在所述固定底板(2)的上面對(duì)應(yīng)位置上設(shè)