[发明专利]轴系振动控制的自适应压电分流半被动控制装置及方法

说明书

本发明提供了一种轴系振动控制的自适应压电分流半被动控制装置及方法。包括：压电分流电路、供电装置、自适应调节电路。自适应调节电路与所述压电分流电路连接，采用电压探针对压电分流电路中的多个电压进行实时测量，依据最优参数下电路中的电压特性，使测量的电压的差或乘积结果作为自适应调节的依据参数，调节压电分流电路。通过监控负电容电路中电压参数（或它们的乘积、差值等），根据电压参数的特性给出调节规则，输出实时电压自适应调节双负电容电路中的电路可控电阻参数，使负电容的特性始终满足最优参数，实现自适应调节控制。

技术领域

本发明涉及船舶减振技术领域，具体地，涉及一种螺旋桨轴系纵向和横向振动控制的自适应调节压电分流半被动控制装置及方法。

背景技术

螺旋桨在不均匀、非定常流场中旋转，在产生静推力的同时，将产生与转速和叶片数相关的基频和倍频激振力线谱分量、随频率基本上呈逐渐衰减的随机宽带分量，前者通过轴系传递使船体结构发生强迫振动产生水下声辐射；后者将激励螺旋桨－轴系－船体耦合系统的特征模态，两者均会形成突出的特征频谱。

目前推进轴系上采用的振动控制手段有纵向减振器隔振、共振变换器隔振、动力反共振隔振、主动吸振器吸振、基座上的动力吸振器、空心轴系内部的动力吸振器、在推力轴承内部的隔振和吸振处理。其中，采用隔振会导致振动被阻隔到螺旋桨端，增加螺旋桨的振动量级，并且隔振频率不能太低，否则推进效率会受到影响。动力反共振会放大某一频率以上的振动传递；主动动力吸振器由于采用了主动控制措施，系统较为复杂。采用动力吸振器对推进轴系的固有频率影响小，不需要串入到轴系中承受大的静推力，但若采用被动式的吸振措施，由于推进轴系的被控制频率低，所需质量代价较大，工程实现上无法承受；单个传统吸振器仅能够针对某阶模态起到抑制效果；可以实现宽带振动控制的周期结构和动力吸振器集成控制结构占用空间较大；并且不同转速下桨－轴系－船体耦合系统固有频率的变化会影响到吸振效果。采用半主动控制措施，针对实际桨－轴系－船体耦合系统大的脉动压力以及固有频率的变化，所提出的磁流变体控制器将发生饱和、且无法覆盖固有频率的变化范围。采用主动控制措施，需要配备相应的控制器件、功率放大器件，增加了系统的复杂度，并且主动控制措施需要考虑实际运行环境的复杂性和控制算法可能导致的不稳定，受制于这些因素，主动控制装置均没有在船舶推进轴系上得到实际应用，基本停留在理论分析和实验室试验研究阶段。

不同转速下推进轴系的固有模态特性和响应幅值相差大，而压电分流阻尼技术中，电路的最优参数是实现最优振动控制的关键所在。最优参数与被控结构的动力学特性、电路结构和电路中各元器件的电学特性有关，如何保证不同工况、复杂环境下电路中的元器件参数始终处于最优参数是实现最优阻尼性能的关键所在。

公开号为CN104590528A的专利公开了一种基于压电叠堆-液压微位移放大的船艇推进轴系纵向振动控制装置，该装置包括依次信号连接的轴向振动测量系统、推力脉动控制器、功率放大器和位移控制执行机构，位移控制执行机构包括：压电叠堆，用于接收功率放大器发出的电信号并产生相应的输出位移；液压微位移放大器，包括两端开口的液压放大腔，液压放大腔的两端分别密封配合有大小两个活塞，大活塞与压电叠堆的位移输出端相作用，小活塞通过滑阀阀芯与船艇推进轴系的止推轴承相作用。

发明内容

针对现有技术中，为了抑制不同工况和复杂环境下，推进轴系在低转速和高转速下，低频段纵向和横向弯曲振动模态、螺旋桨的振动模态处的振动的缺陷，本发明的目的是提供一种轴系振动控制的自适应调节压电分流半被动控制装置。

根据本发明提供的一种轴系振动控制的自适应调节压电分流半被动控制装置，包括：

压电分流电路：连接在推进轴系的推进轴上，随所述推进轴旋转；

供电装置：包括静止端和旋转端，所述旋转端连接在所述推进轴上，随所述推进轴旋转，并与所述压电分流电路电连接，所述静止端设置于所述旋转端的外围，通过所述旋转端向所述压电分流电路供电；