王树青[1]2003年在《海洋平台结构的系统辨识与振动控制技术研究》文中指出结构系统辨识和振动控制技术经过多年的研究，已经取得了长足的进展并在陆上结构物上得到了应用。但对海洋结构物而言，这方面的研究却相对较少，本文是针对海洋平台结构进行系统辨识和振动控制技术两方面的研究，主要包含以下几方面的内容 海洋平台结构系统辨识研究主要包括模态参数识别和结构参数识别。研究了利用环境荷载激励技术和特征系统实现算法进行模态参数识别，引入统计方法对模态频率进行统计平均处理，提高了系统模态识别的准确性和识别精度。用某海洋平台进行了模态参数识别的数值模拟研究。建立了剪切型结构系统结构参数识别的递推方程，该方法仅利用结构的总体质量和任意两阶模态信息就可以识别出系统的结构参数。 进行了海洋平台现场振动测试，并利用振动测试数据进行了平台动力特性、动态响应分析，研究了海洋平台过度振动的原因。 海洋平台振动控制技术研究包括调谐液体阻尼器(TLD)减振研究和磁流变阻尼器(MRD)减振研究。利用浅水波动理论研究了调谐液体阻尼器内液体的振荡特性，并就调谐液体阻尼器应用于海洋平台振动控制的有效性和可行性进行了数值模拟研究。考虑到MR阻尼器的屈服应力可以在一定的范围内通过改变阻尼器的磁场强度连续变化，提出了基于最优控制理论的半主动实时控制策略。进行了基于MR阻尼器的海洋平台半主动控制技术研究。
陆建辉[2]2004年在《随机波浪载荷激励下海洋平台振动控制技术研究》文中认为随着我国近海油气资源的开采，工程设施的建设急需一套实时检测／监测、预警和控制等技术安全保障措施，海洋平台的振动控制技术研究正是适于这种需要提出的。近年来，岸上结构振动控制技术得到迅速发展，但对海上结构而言，这一方面的研究成果甚少。本文针对某海洋平台的振动治理工程，以平台振动控制为主线，进行海洋平台振动控制等相关技术研究，主要包括以下几个方面内容： 海洋平台结构系统参数辨识 包括模态参数辨识和物理参数辨识；研究利用环境激励技术对平台动力参数进行辨识，数值模拟表明对低阶模态参数辨识有较高精度。建立剪切型结构模型物理参数识别递推公式，阐明了利用完整结构模态信息和非完整信息进行辨识的差异，指出引起误差的原因。 结构振动控制模型 结构振动控制需要精确的系统数学模型，同时控制的实时性要求系统的模型阶数不能过高。采用动力减缩技术，得到适于振动控制研究的平台减缩模态，在随机环境载荷激励下，减缩模型与有限元模型两者位移响应具有较好一致性。 平台振动测试数据分析 分析海洋平台测量数据，得到平台基频的漂移性及其量值，结合数值分析结果阐明引起过度振动的原因，为平台振动治理提供依据。 平台振动粘弹性阻尼控制 根据CII平台所处海域环境条件，采用粘弹性阻尼振动控制技术，对阻尼器在实际平台上的安装位置、振动控制效果等作了评价。对所设计的粘弹性阻尼器，平台顶层甲板位移均方根差下降32.3％，加速度均方根差下降38.9％。 基于TMD的变刚度主动振动控制技术 建立基于TMD变刚度半主动振动控制实施技术路线、控制策略等，设计VSTMD控制系统，考虑了保证VSTMD装置长期有效、可靠工作的作动器校正措施；采用一次强风暴波面实测数据模拟长期非平稳波浪载荷，评价所设计的VSTMD装置对海洋平台振动控制的有效性。在一次风暴潮过程中，安装VSTMD后，平台上甲板位移均方根差最多下降50％，平均下降30.2％。
刘松[3]2011年在《导管架式海洋平台的主动控制问题研究》文中研究指明近年来,陆地能源资源的稀缺制约着各国经济的可持续发展,对资源的需求促使人们深入开发海洋资源。作为开发海洋的基本设施,海洋平台工作环境恶劣,长期受到风、浪、流甚至冰、地震的作用,这既加剧了平台构件的疲劳破坏,降低了平台的可靠度和构件强度,又会引起平台上工作人员的不适感和影响机器设备的正常运行。因此,对海洋平台振动控制的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。结构振动控制大体可分为被动控制和主动控制两种。被动控制无需向系统输入外部能量,它是依靠结构中的阻尼元件来耗散结构的振动能量,以达到减小结构振动的目的。被动控制具有简单、成本低、容易实现等优点,但是它缺少控制上的灵活性,其控制效果依赖于外部激励的特性,一般只对高频振动有效。对于现代控制系统,目前人们越来越多地关注采用主动控制策略来抑制结构振动。主动控制需要外部能量输入系统,它是通过主动地调节结构的主动阻尼和主动刚度,以达到减小结构振动的目的。主动控制策略的控制效果明显优于被动控制策略,而且不受外部激励特性的影响,因此近几十年来,对结构的主动控制的研究受到了大量学者的普遍关注,自动控制领域的各种控制方法皆被引入到了结构振动主动控制的研究中。本文将结构主动控制领域的研究成果应用到了海洋平台的振动主动控制中,对导管架式海洋平台的主动控制及其相关问题进行了探索研究。本文研究得到了国家自然科学基金(编号:11072146, 11002087)、海洋工程国家重点实验室自主研究课题(编号:GKZD010807)的资助,主要研究内容和成果如下:(1)阅读了大量相关文献,较为全面地综述了近年来海洋平台结构振动控制的研究进展。(2)将系统辨识方法引入到了导管架式海洋平台中,给出了一个基于系统输入和输出数据的低维状态模型的建模方法,并基于该低维模型进行主动控制的设计。首先对海洋平台的有限元模型施加白噪声激励力,计算得到平台结构顶端的位移响应,将激励力和位移响应分别作为系统的输入和输出,采用基于观测器/Kalman滤波器的系统辨识方法,结合特征系统实现算法,建立了一个低维状态空间模型。基于此模型采用线性高斯二次最优算法(LQG)设计控制器,将控制器引入到有限元模型进行验证。结果显示,基于观测器/Kalman滤波器的系统辨识方法能够有效地辨识出系统的Markov参数,特征系统实现算法能够得到精确的系统低维模型,基于低维模型的LQG控制能有效地抑制海洋平台的振动。(3)采用变结构控制算法研究了海洋平台的载荷识别和主动控制问题。通过扰动力观测器对未知载荷进行识别,并针对识别出的载荷设计变结构控制。研究结果表明,本文所给出的载荷识别方法能够有效地识别出结构的外部载荷,变结构控制律能够有效地抑制平台的振动。(4)对海洋平台振动主动控制作动器的布置问题进行了优化研究。研究中,采用可控Gramian矩阵作为优化配置准则,选取粒子群方法作为优化算法,仿真结果验证了本文方法的有效性。
于骁[4]2007年在《环境荷载激励下工程结构振动控制方法及实验研究》文中进行了进一步梳理工程结构在使用过程中要承受各种环境荷载的作用。结构在这些环境荷载的作用下会发生振动，严重时结构会大量破坏与倒塌。这是造成灾害的直接原因。通常的结构体系是通过结构本身的强度来“抗御”环境荷载作用的，即通过结构在振动过程中由于形状变化而储存或消耗能量的能力来抵御外载。但迄今由于人们尚不能准确地估计结构未来可能遭遇的环境荷载的强度和特性，在这种不确定性的环境荷载作用下，结构很可能不满足安全性的要求而产生严重破坏甚至倒塌，造成重大的经济损失和人员伤亡。结构控制是解决这一问题的有效途经。其思想是在结构上设置适当的控制机构，而由控制机构与结构共同控制和抵御地震、狂风、海冰等环境荷载，使结构的动力反应减小，从而避免严重损害或倒塌发生。近二十多年来，对结构控制的研究取得了许多进展，但是已有的理论和方法在实际工程中应用时还存在许多障碍。虚拟激励法和精细时程积分法以其突出的特点已经在工程中获得了很多应用。可以预期，它们也为控制理论更广泛地进入到工程领域提供了一条新的、有效的途径。本博士学位论文就是尝试将这两种方法引入到控制理论中，先后研究了LQG控制、精细瞬时最优控制、时滞控制等新算法，一步一步拉近控制理论与实际应用的距离。在“863”国家高技术研究发展计划“新型平台抗冰振技术”(编号2001AA602015)项目的支持下，本文对海洋平台的冰振控制作了深入的探索，建立了实验室模型控制系统，实验研究了隔振技术在海洋平台的应用，其研究成果已经应用在JZ202-NW平台上，取得了良好的实际效果。本文主要的创新性研究工作可归纳如下：1．地震实际上为一非平稳随机过程。本文将虚拟激励法引入到LQG控制中，推导出非平稳随机地震激励下的LQG控制问题闭合解，不但精确，而且高效。用此方法对毗邻建筑考虑局部场地效应时的LQG控制问题作了研究，利用闭合解对主要参数所作的研究表明，对于给定的加权阵Q和R，场地土的卓越频率和阻尼比变化对减震效果有显着影响。本文方法也可推广应用于其它类型的演变随机响应问题。2．用精细积分手段对最优控制方法的实用化作了多角度的更新。(1)用精细积分代替以往采用的近似积分公式，提出了多种精细瞬时最优控制算法，包括精细瞬时闭环最优控制，精细瞬时开环最优控制和精细瞬时开闭环最优控制。这些算法不但具有精细积分高精度的特点，而且对于时间步长较大的情况仍可给出比拟于精确解的数值结果。大量算例表明了这些方法的有效性。(2)结构控制反馈环节中的时滞因素难于有效地处理，长期制约着结构动力控制技术的发展和应用，导致所设计的控制器不能对被控系统进行有效的控制。本文将精细积分法及平衡降阶法引入到时滞控制中，利用精细积分法精确求解离散化参数，设计满足振动控制性能指标的反馈控制器。所得出的控制律表达式除了含有当前的状态反馈，还包含有前若干步控制项的组合，合理地反映了时滞因素的影响，使得本方法对大时滞情况亦有效。在此基础上得到的平衡降阶系统维数大大降低，非常有利于控制器的设计求解，大大提高了扩维方法在实际应用中的可行性。3．海上采油平台有许多建造在寒冷的海区，存在严重的冰激振动问题。但迄今对此缺乏深入系统的研究工作，更没有有效的应对办法。这对国际学术界和工程界提出了严峻的挑战。大连理工大学工程力学系承担了国家863项目《新型平台抗冰振技术》。作为该项目的重要参与者之一，我结合本博士论文工作，成功地将隔振技术应用于海洋平台冰振控制中，建立了柔性结构端部隔振的力学模型，建立了平台甲板隔振控制的室内试验装置，并得到了实际应用；基于对固定破冰锥体动冰力与冰振响应分析，提出了在导管架平台上安装隔振锥体的创意，并通过反复试验，建立了隔振锥体的力学模型与合理的设计参数。实验结果表明，这些措施有望从根本上解决海洋平台的冰激振动问题。
周亚军[5]2004年在《导管架海洋平台结构振动智能主动控制研究》文中指出随着海洋技术的发展,各种用途的海洋平台越来越多地出现在环境恶劣的深海中。这些大型柔性海洋平台一般表现为以下特征:(1)固有频率低,且低阶模态接近于波浪分布中多数子波的频率范围;(2)分布参数系统,具有强耦合性和非线性;(3)结构复杂,参数易变,所受外载荷具有不确定性。因此无论是在正常海况还是在极限海况,即使强度足够,但是在风浪流等环境载荷的作用下,平台都有可能产生过大的振动响应。过大的振动将会危害人员身心健康、威胁结构安全、降低平台设备的精确性和可靠性、削弱平台的适应性和生存性能,因此有效地控制平台的振动响应就显得非常重要。然而对于海洋平台这种大型复杂结构而言,仅仅靠加强平台结构来被动地抵御波浪载荷、风载荷和地震载荷等的作用,不仅会大大增加平台造价,而且由于结构复杂性以及载荷的不确定性等,将会难以达到预期的效果。 土—结构动力相互作用将会对海洋平台动力特性产生不可忽视的影响。论文对考虑土—结构动力相互作用的海洋平台自振特性进行了深入的研究,通过将平台桩腿模拟成Winkler弹性地基梁,将土层对平台桩腿的耦合作用转化为沿桩腿连续分布的线弹性弹簧和依赖频率的阻尼器来表示。使用ANSYS软件对导管架平台的自振特性进行了分析计算;根据结构控制的需要,对海洋平台模型简化计算方法进行了探讨,从而也为下一步海洋平台振动控制进行了有益的探索。 结构振动控制方式目前研究最多的是被动控制和主动控制两种。虽然被动控制安装简单、经济实用,在土木工程、航空航天、船舶与海洋工程等领域得到了广泛的应用,但是被动控制本身也具有一些不可克服的缺陷,主动控制能够比被动控制取得更好的控制效果。在过去的几十年中国内外专家学者已经对海洋平台结构控制进行了广泛的研究,并且取得了丰硕的成果。海洋平台结构复杂、参数易变,要想得到平台和外部激励的精确数学模型是非常困难的,甚至是不可能的。传统的控制方法在解决难以精确建模的海洋平台结构控制问题时遇到了巨大的困难。结构振动智能主动控制技术可以有效地解决传统控制方法难以奏效的海洋平台振动控制问题。 采用神经网络监督控制与预测控制模式,通过将神经网络作为控制器与预测器两种方法来获得平台的主动控制序列,计算结果表明基于人工神经网络的海洋平台振动主动控制是完全可行的、有效的。L.A.Zadeh教授提出的模糊逻辑理论能够有效地处理现实世界中存在的非线性、不确定性以及不精确性,模糊控制无需建立精确的数学模型,仅摘要仅需要基于专家经验建立一些模糊推理规则。由于模糊逻辑控制器固有的鲁棒性、处理非线性、不确定性以及不精确性的能力,数值模拟结果显示基于模糊逻辑的海洋平台振动主动控制是有效可行的。采用语言值轨迹方法对海洋平台模糊逻辑控制系统的稳定性进行了探讨,对处于极端危险状态下的海洋平台施加模糊控制,通过平台是否具有回复到平衡位置的能力来检验模糊控制系统的稳定性. 基于刚度、质t和阻尼的随机性用MOnie Carl。直接抽样法对海洋平台结构振动特性与模糊控制进行了研究。随机不确定性通过结构参数物理特性确定性均值附近的微小波动来模拟,根据文中提出的性能指标考察了结构刚度、质量和阻尼的随机性对海洋平台振动模糊控制效果的影响,数值计算结果表明结构参数的随机性对控制效果有一定的影响,但是模糊逻辑控制器仍然能够对平台实现非常有效的结构控制。 基于模糊神经网络融合技术对考虑土一结构相互作用的海洋平台结构振动主动控制进行了研究。考虑土一结构相互作用的海洋平台模糊神经网络控制系统能够有效地抑制平台顶部出现的有害振动;控制系统具有很强的容错性、鲁棒性以及泛化能力,能够对不同外部激励以及不同土层参数状态模型实现有效的结构控制。随着浅层土剪切模量的减小,平台固有频率随之降低,同时动力响应增大;所需控制力逐渐增大,且最优控制所需控制力增长幅度大于模糊神经网络所需控制力增长幅度。土一结构相互作用对海洋平台动力特性以及结构控制效果均有一定的影响,为了高效经济地实施结构控制,应当合理考虑土一结构相互作用的影响,特别是浅层土性质的影响。 研究表明论文所采用的海洋平台结构振动智能主动控制策略是完全可行的、有效的,提高了平台的适应性和生存性。毫无疑问,论文为海洋平台结构振动控制开辟了一条新的思路。关键词:导管架海洋平台、振动、智能、主动控制,一~一,-一一一....~ ·11·
于芳[6]2006年在《基于dSPACE的海洋平台振动控制方法的研究》文中指出冰与柔性直立结构的相互作用对海上建筑结构产生不同程度的影响，甚至造成危害。随着海上油气资源的开发，冰激振动对海洋平台的威胁越来越大。合理的设计抗冰振的新型海洋平台和采取措施对海洋平台冰激振动进行控制已经成为当前急需解决的问题。 海洋平台结构复杂，参数易变，要想得到平台和外部激励的精确数学模型是非常困难的，甚至是不可能的。传统的控制方法在解决难以精确建模的海洋平台结构控制问题时遇到了巨大的困难。结构振动智能主动控制技术可以有效的解决传统控制方法难以奏效的海洋平台振动控制问题。 本文研究的核心是针对导管架平台结构，以人工神经网络控制理论为基础，采用理论研究和计算机仿真相结合的手段，将人工神经网络控制引入结构振动控制中，建立了基于dSPACE的导管架平台模型结构振动智能控制实时仿真系统。采用RCP(Rapid Control Prototyping)技术来实现对导管架平台模型的实时控制。 基于MATLAB／dSPACE综合仿真试验环境，在MATLAB／Simulink中进行海洋平台结构主动控制的数学模型搭建和控制方案设计仿真，由dSPACE软硬件系统实现结构控制的驱动和传感器数据的采集，从而实现半物理仿真。 实时仿真试验结果表明：人工神经网络控制方法不依赖于精确模型，调节简单，能达到很好的控制效果；通过仿真计算与试验结果的比较，证实了数值仿真方法的正确性，同时也充分说明了论文所采用的海洋平台结构振动智能主动控制策略是完全可行的，有效的，有助于提高平台的适应性和生存性。
嵇春艳[7]2003年在《海洋平台动力响应分析与振动控制技术研究》文中研究表明海洋平台在服役期内会受到风、浪、流甚至是冰、地震荷载的作用。这种长期、连续的作用会导致平台在使用过程中发生明显、持续的振动，从而加剧平台的疲劳破坏、降低系统的可靠度，甚至影响平台的正常生产活动，因此近年来，利用振动控制技术来减轻海洋平台在环境荷载作用下的振动问题，日趋重要。 本文的研究是结合国家自然科学基金项目“海洋平台结构系统的辨识和结构振动控制技术研究”开展的。在充分了解国内外有关结构振动控制理论研究现状的基础上，本文考虑了海洋平台在随机波浪作用下所表现的动力特性，及振动控制技术在应用于海洋平台过程中的一些理论和技术问题，对海洋平台振动控制技术和一些相关问题进行了较为深入的研究。本文的研究内容主要包括： 采用有限元方法，建立了海洋平台的数学模型，并分别从频域和时域的角度分析了平台的动力响应特性。 提出了适用于海洋平台的前馈-反馈振动控制方法，在控制器的设计中，考虑了噪声(动态噪声和测量噪声)的影响，及AMD冲程、控制力大小受到限制等实际情况。 建立了海洋平台-主动控制装置的不确定性数值模型，在此基础上，研究了带有一定鲁棒性的H_2控制技术对海洋平台的振动控制效果，给出了在考虑AMD冲程及作动器出力限制时，H_2控制器的设计方法。 建立了包含时间滞后的海洋平台-主动控制装置的振动控制方程，分析了时间滞后对主动控制所产生的不利影响。 基于Taylor基数法和预测控制方法，研究了既适用于反馈控制系统又适用于前馈-反馈控制系统的时滞补偿方法一直接展开补偿法和一步预测补偿法。 基于MATLAB6.1语言，开发了振动控制系统的仿真应用软件。
崔洪宇[8]2009年在《导管架式海洋平台振动智能自适应逆控制研究》文中认为随着海洋开发的不断发展,越来越多大型柔性结构的海洋平台被用于海底钻探和石油开采。海洋平台长期在恶劣的海洋环境中工作,经常要承受风、浪、流和潮汐等环境载荷的作用,在这些环境载荷的作用下海洋平台可能发生有害振动。振动响应过大不但会危害人员的身心健康,使平台设备仪器失灵或损坏,还会导致海洋平台结构疲劳破坏,降低平台可靠性,威胁平台结构安全,因此如何有效地控制海洋平台的有害振动就显得非常重要。采用被动控制方法控制海洋平台的振动,控制的频带范围有限。应用基于精确数学模型的主动控制方法控制海洋平台的振动,对于海洋平台这种结构复杂、参数易变,外载荷具有随机性和不确定性的系统很难达到理想的控制效果。在海洋平台振动主动控制过程中,控制信号传输延时会使控制系统发生振荡、不稳定甚至发散,因此如何减小控制过程中的时延也是一个急待解决的问题。近些年发展起来的智能控制方法可有效地解决海洋平台振动控制中存在的问题,为此本文应用智能自适应逆控制方法对随机波浪载荷和风载荷激励下导管架式海洋平台的振动响应进行控制。本文的主要工作如下:(1)基于动态刚度阵法的导管架式海洋平台动力响应计算本文通过数值方法模拟作用在导管架式海洋平台上的波浪载荷和风载荷。动态刚度阵法是一种非常有效的结构动力分析方法,具有计算速度快、计算准确的特点,所以本文应用动态刚度阵法计算导管架式海洋平台在波浪载荷和风载荷作用下的动力响应,为导管架式海洋平台振动主动控制研究提供了前提条件。(2)建立了基于动态刚度阵法的导管架式海洋平台振动智能自适应逆控制模型本文将动态刚度阵法、智能算法和自适应逆控制方法相结合,建立了基于动态刚度阵法的导管架式海洋平台振动智能自适应逆控制模型。自适应逆控制是通过建立被控系统的逆模型,然后将逆模型作为控制器,分别利用前馈控制器和扰动消除控制器控制被控对象的动态性能和扰动。智能算法具有很强的辨识和泛化能力,适合处理具有不确定性和非线性的问题,为此本文应用智能算法辨识导管架式海洋平台的逆模型。将动态刚度阵法计算出的波浪载荷作用下海洋平台振动响应作为前馈控制器的输入信号,利用前馈控制器对波浪载荷激励下的平台振动响应进行控制,将前馈控制后的平台响应作为扰动消除控制器的输入信号,利用扰动消除控制器对风载荷等扰动进行控制。(3)智能算法及导管架式海洋平台振动智能自适应预测逆控制研究(a)本文应用模糊神经网络辨识导管架式海洋平台的逆模型,将逆模型作为逆控制器,对随机波浪载荷和风载荷激励下导管架式海洋平台的有害振动进行控制,通过数值算例验证了本文的控制模型是有效、可行的。(b)本文首次将支持向量机应用于导管架式海洋平台振动主动控制中,应用支持向量机辨识海洋平台的逆模型,并将辨识的逆模型作为逆控制器,对导管架式海洋平台进行自适应预测逆控制,通过数值算例验证了该控制方法可有效地控制平台的振动响应。(c)本文将粗糙集和神经网络相结合构造一种新的神经网络结构,利用粗糙集理论简化网络结构,提高网络的训练、计算速度。应用粗神经网络对导管架式海洋平台进行自适应预测逆控制,数值算例验证了粗神经网络具有计算速度快,辨识和泛化能力强等特点,基于粗神经网络的自适应逆控制方法可有效地控制导管架式海洋平台的振动响应。(d)本文将灰局势决策理论和神经网络相结合构造一种新的神经网络结构,基于以往效果测度的神经网络辨识和泛化能力比较弱,为此本文提出一种新的效果测度,通过定义和数值算例证明了本文所提出效果测度的合理性和有效性。将基于新效果测度的灰局势决策理论和神经网络相融合,构建了一个新型的灰神经网络,该神经网络结构明确,计算简单,充分发挥了灰局势决策理论和神经网络各自的优点。将构建的灰神经网络作为自适应预测逆控制器,对导管架式海洋平台进行振动主动控制。通过数值仿真结果可以看出,基于灰神经网络的自适应预测逆控制方法可以有效地控制在波浪载荷和风载荷共同作用下导管架式海洋平台的振动响应。(e)本文将灰预测理论、动态刚度阵法、智能算法和自适应逆控制方法结合,建立了一种新的基于灰预测理论和动态刚度阵法的导管架式海洋平台振动智能自适应逆控制模型,通过灰预测控制解决控制过程中的时延对控制系统控制性能的影响。数值算例证明本文所提出的方法是有效的。(4)导管架式海洋平台振动主动质量阻尼控制系统设计本文对主动质量阻尼控制系统进行了设计,这为基于智能算法的导管架式海洋平台振动自适应逆控制系统的物理实现提供了理论基础。
胡芳[9]2015年在《推进轴系纵向振动主动控制方法研究》文中认为船舶的振动与噪声不仅影响船舶的舒适性和电子设备的可靠性,还影响周边水域的生态环境。对于潜艇,过大的噪声使其隐身性能下降,降低作战能力,甚至危及安全,尤其是日益先进的水下探测技术更是对潜艇的隐身性能提出新的挑战。螺旋桨推力脉动引起的轴系-壳体耦合振动是潜艇低频声辐射的主要原因,而且难以控制,已成为制约潜艇声隐身性能的重要因素之一。减小脉动推力通过轴系对壳体的激励作用是控制低频声辐射的有效措施,对它的研究将有助于从源头控制轴系-壳体耦合系统的水下声辐射,具有重要的实际意义。本文在GF973项目和国家自然科学基金项目“螺旋桨脉动推力诱导的轴系-壳体耦合振动主动控制方法研究”的资助下,针对推力脉动诱导的振动,提出通过主动减振镇定轴系纵向振动的方法,从而抑制由推力脉动引起的壳体振动。研究工作包括理论研究和实验验证两个方面:(1)从控制的角度出发,将轴系-弹性基础耦合系统简化轴-板耦合系统,通过子结构方法建立了纵向激励下耦合振动的解析模型,并用有限元方法对其进行验证。在此模型基础上,考虑连接轴系与弹性基础的轴承特性,分析纵向激励下的耦合振动特性以及支承刚度变化对耦合系统纵向振动的影响,同时还分析了纵向控制力作用点变化对耦合系统纵向振动的影响。这些与控制相关的原理性研究为主动减振设计提供理论依据。(2)针对具有时变特性的轴系,在抗饱和LMS算法的基础上,提出无模型自适应谐波窄带抑制方法。这种无模型自适应控制方法包括基于抗饱和LMS算法的自适应反馈控制器和一个名为X-调整的基于逻辑的增益调整策略,实现自适应控制器的输出阈值与权值步进方向的同时调整。该控制方法仅利用控制误差来调整自适应控制器的增益,无需建立控制通道的动态模型。无模型自适应控制系统采用跟踪滤波器对周期振动进行有选择地抑制,是一种窄带自适应控制。仿真结果表明所提出的无模型自适应控制方法能有效抑制周期振动。(3)通过简化的轴系模型,考虑水润滑橡胶轴承刚度在静动之间突变,分析了随转速变化的橡胶轴承支承刚度导致轴系振动特性改变的原因,在此基础上,提出控制模型在线辨识与周期振动抑制方法。使用LMS辨识算法和子空间滤波方法获取轴系运行状态下的控制通道的脉冲响应,滤除其中由转速调制的周期干扰,使用内嵌饱和抑制与干扰重构的Filtered-x LMS算法构建转速调制的周期干扰抑制方法。这种基于控制通道模型在线辨识的控制方法能够实现宽带控制。仿真结果证明了所提出的控制通道在线辨识方法和周期振动抑制方法能够明显抑制转速调制的振动响应。(4)通过建立轴系-壳体耦合振动主动控制实验系统,验证两种控制算法对耦合振动的控制效果,实验结果表明:两种控制算法都能够有效抑制轴系和壳体的周期振动,而且内嵌饱和抑制与干扰重构的Filtered-x LMS算法还能抑制轴系和壳体的随机振动。此外,还通过建立螺旋桨-轴系振动传递主动控制实验系统验证了内嵌饱和抑制与干扰重构的Filtered-x LMS算法的控制效果,实验结果表明该控制方法能有效抑制转速调制的周期干扰。本文研究成果将为主动减振方法应用于船舶推进系统低频噪声控制提供坚实的理论依据。
杨和振[10]2004年在《环境激励下海洋平台结构模态参数识别与损伤诊断研究》文中研究指明大型土木工程结构(如海洋平台)在其服役期间，由于受到腐蚀、疲劳、碰撞、地震以及恶劣的环境载荷作用，损伤不可避免。因此，对结构损伤进行安全评估的结构健康监测技术研究对于确保海洋平台结构安全，降低维修成本以及延长服役期限都是非常必要的。 基于振动测试的大型结构无损检测技术是国内外专家公认的较有发展前景的健康监测技术。然而，与陆地结构相比海洋平台其结构复杂、体积庞大、造价昂贵，所处的海洋环境十分严酷；此外，人工激励力不易施加，环境载荷激励力不易测试，这给海洋平台结构模态参数识别以及损伤诊断提出了更严峻的挑战。本论文以海洋平台结构为研究对象，着重解决基于振动测试结构健康监测的两个关键问题： 第一，仅仅从结构的输出响应信号中识别结构的模态参数。以环境载荷作为大型土木工程结构的激励力，无需专门的测试设备，故可以节省时间，显着地降低振动测试的成本。此外，由于海洋平台结构的环境激励力不可测试，使得对于大型结构实时健康监测系统要求使用环境载荷激励下的模态参数识别技术。本文通过自然激励法(NExT)从测试结构的响应信号中获得自由响应信号，运用特征系统实现算法(ERA)提取系统的状态空间参数，结合CBSI算法能够识别出精度较高的结构模态参数(固有频率、阻尼、模态振型)。该套模态参数识别的方法已经通过海洋平台结构数值模型以及CDZX-2海洋平台结构现场测试数据加以验证，能够得到较高精度的模态参数，有望运用于环境激励下的海洋平台结构健康监测系统。 第二，结构损伤诊断算法。环境激励下识别出的结构模态参数无法质量归一化，高阶的模态不容易被激发出来，测试模态存在较为严重的不完备性，现有的基于动力测试的损伤诊断算法无法诊断复杂叁维框架结构的损伤。针对上述局限性，本文提出了新的结构损伤诊断算法——模态应变能分解法，诊断叁维框架结构(如海洋平台结构)的损伤。主要思路是将结构构件的模态应变能分解，根据严格的理论推导定义了两个诊伤指标，拉压模态应变能指标(CMSECR)和弯曲模态应变能指标(FMSECR)，这两个诊伤指标都是利用结构损伤前后的不完备模态振型计算的。该方法可以结合环境激励下的模态参数识别技术诊断出复杂叁维结构损伤位置，评估损伤构件的损伤程度。所提出的模态应变能分解法运用于五层环境激励下海洋平台结构模态参数识别与损伤诊断研究叁维的框架结构、Benchmark结构以及海洋平台结构有限元模型的损伤诊断，研究表明，本文所发展的新方法能够在环境激励下有效地诊断出海洋平台结构各种构件损伤的工况(包括桩、水平撑、斜撑)。此外，考虑到模态参数识别技术以及信号处理引入的误差将影响最终的损伤诊断结果，对于阻尼较大的结构，模态参数识别技术的精度达不到损伤诊断要求，本文提出了基于结构频响函数的损伤诊断指标(FRF一DIM)。结构频响函数可以直接由动力测试信号计算，并且频响函数包含了丰富的结构模态信息，抗噪声性能较好。本算法在噪声达到9%的情况下亦能够诊断出结构的损伤，具有一定的鲁棒性;但是该方法与模态应变能分解法相比，有其局限性，即计算结构的频响函数需要已知结构的激励力。 大型结构基于振动测试的损伤诊断算法都面临着模态不完备的问题，首先在损伤诊断算法(模态应变能分解法)上尽可能地运用低阶的模态、可测试的模态自由度;其次是运用传感器优化配置算法结合模态扩展满足损伤诊断算法的要求。本文提出结构损伤诊断的传感器优化配置算法结合系统等效缩减扩展 (SEREP)用于结构损伤诊断，传感器配置基于F工SHER信息矩阵及模态应变能最大为目标，以选择最有利于结构损伤诊断的测试位置。 “结构环境激励下的模态参数识别”和“大型结构损伤诊断”是本文研究的两大核心问题，都是实现海洋平台结构实时健康监测的关键技术。在国家十五“863”项目，国家自然科学基金和博士点基金等课题的支持之下，本文以海洋平台结构为研究对象，通过现场测试数据、模型实验以及数值模拟等手段，验证了在环境激励下海洋平台结构的模态参数识别与损伤诊断方法的有效性，取得了一定的进展。
参考文献：
[1]. 海洋平台结构的系统辨识与振动控制技术研究[D]. 王树青. 中国海洋大学. 2003
[2]. 随机波浪载荷激励下海洋平台振动控制技术研究[D]. 陆建辉. 中国海洋大学. 2004
[3]. 导管架式海洋平台的主动控制问题研究[D]. 刘松. 上海交通大学. 2011
[4]. 环境荷载激励下工程结构振动控制方法及实验研究[D]. 于骁. 大连理工大学. 2007
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