摘 要

舰船的动力设备的振动对船用设备的正常运行以及舰船的声隐身性能都有很大的影响，磁悬浮浮筏隔振系统可以很好满足舰船动力设备的隔振需求，但作为一个强非线性、时变和机电耦合系统。如何设计主动控制系统是进行有效隔振的关键。本文针对磁悬浮浮筏隔振平台设计了基于模糊控制的主动振动控制算法，并对模糊控制器相关参数进行了调试和仿真研究。

论文主要的工作是：选取实验室中磁悬浮浮筏隔振试验台的4个控制通道作为设计对象，分析该平台主动振动控制的规律特点，设计了双模糊控制器组合控制系统，同时设计遗传算法对模糊控制器的量化和比例因子进行优化。最后在MATLAB平台上配置相关仿真环境，在25至50内取了8个频率点进行了遗传算法参数组合优化仿真以及模糊控制系统的仿真，并对仿真结果进行分析。

结果表明所设计的基于遗传算法参数优化的双模糊控制器组合控制系统的隔振效果要显著强于被动控制，主频幅值衰减最高达到74.57，能够有效满足磁悬浮浮筏隔振平台的主动振动控制要求。

关键词：磁悬浮浮筏隔振平台；模糊控制；遗传算法；参数优化

Abstract

The vibration of the ship's power equipment has a great impact on the normal operation of the marine equipment and the sound stealth performance of the ship. The magnetic suspension floating raft vibration isolation system can well meet the vibration isolation requirements of the ship power equipment, but as a strong Nonlinear, time-varying and electromechanical coupling systems. How to design an active control system is the key to effective vibration isolation. In this paper, an active vibration control algorithm based on fuzzy control is designed for the magnetic suspension floating vibration isolation platform, and the parameters related to the fuzzy controller are debugged and simulated.

The main work of the thesis is to select four control channels of the magnetic suspension floating vibration isolation test bench in the laboratory as the design object, analyze the regular pattern of the active vibration control system of the platform, design a dual fuzzy controller combined control system, and design the genetic algorithm to optimize the quantization factors and scale factors of the fuzzy controller. Finally, the relevant simulation environment is configured on the MATLAB. Eight frequency points are taken from 25to 50. The genetic algorithm parameter combination optimization simulation and fuzzy control simulation are carried out.

The results show that the vibration isolation effect of the dual fuzzy controller combined control system based on genetic algorithm parameter combination optimization is significantly stronger than that of passive control. The main frequency amplitude attenuation reaches up to 74.57%, which can effectively meet the initiative of the magnetic suspension floating vibration isolation platform’s vibration control requirements.

Key Words：Magnetic suspension floating raft vibration isolation platform; fuzzy control; genetic algorithm; parameter optimization

目 录

学位论文原创性声明 2

学位论文版权使用授权书 2

第1章 绪论 1

1.1 论文的背景 1

1.2 论文的目的和意义 1

1.2.1 论文的目的 1

1.2.2 论文的意义 2

1.3 国内外发展现状 2

1.4 论文的主要内容 3

第2章 磁悬浮浮筏主动隔振系统数学模型 4

2.1 磁悬浮浮筏主动隔振系统简介 4

2.1.1 理论模型简介 4

2.1.2 实物简介 5

2.2 系统辨识基本原理 7

2.3 本章小结 9

第3章 磁悬浮浮筏隔振系统模糊控制系统设计 11

3.1 模糊控制的基本理论 11

3.1.1 模糊集合与隶属函数 11

3.1.2 模糊关系与模糊矩阵 12

3.1.3 模糊逻辑与模糊推理 13

3.2 模糊控制系统的基本结构与设计 15

3.2.1 模糊控制系统的基本结构 15

3.2.2 模糊控制器的设计 16

3.3 本章小结 24

第4章 磁悬浮浮筏隔振控制系统的调试仿真 25

4.1 仿真环境的配置 25

4.2 调试与仿真过程 27

4.3 本章小结 34

第5章 总结与展望 35

5.1 全文总结 35

5.2 展望 35

参考文献 37

致谢 39

绪论

论文的背景

在进行远洋贸易时，水手通常要跟随船舶在海上航行数月之久，在这种单一化、枯燥的工作环境中，应该尽可能优化船员的生活环境。舰艇的机械噪声是恶化船员居住环境的主要原因，机械噪声过大不仅导致船员无法保持良好的睡眠，也严重影响了船员的情绪，进而影响船员的工作能力，甚至会威胁到舰船的安全航行；同时，对于军用舰艇，机械噪声通过海洋进行远距离的辐射，大大降低了舰船的隐身能力，直接威胁到我国军用船舶和潜艇的安全，使得我国海洋作战能力下降。因此，有必要在使用隔振降噪技术，控制动力设备产生的机械噪声，以降低振动对舰艇机械结构的损伤、提高舰船隐身能力、改善舱室环境。

被动隔振（PVC）和主动隔振（AVC）是两种不同的隔振方式。目前被动隔振技术在国内外的应用较为广泛成熟，其可靠性高，结构相对简单、无需外部电源，在抑制高频振动上具有很好的效果，但由于被动隔振装置阻尼和刚度不可调，被动隔振技术无法根据振动源的特性自动调节自身参数，隔振效果具有很大的局限性。主动隔振器可以根据振动源的特性自动调节自身阻尼以及刚度，以实现最佳的隔振效果，在低频隔振能力以及固有频率隔振能力上具有明显的优势。浮筏隔振是一种特殊的双层隔振。浮筏是一个弹性体，在浮筏上安装多个机组，机组产生的振动能量通过浮筏的“质量效应”、“调谐效应”、“混抵效应”进行吸收和衰减^[1]。

磁悬浮支承技术的阻尼以及支承刚度可人工进行调节，将其应用于浮筏主动隔振技术中所得到的磁悬浮主动浮筏隔振技术，结合了主动与被动隔振系统的优势，能够有效发挥其无污染、无噪音、零摩擦以及长使用寿命的优点，是舰船减振降噪技术的重要研究方向之一。

论文的目的和意义

论文的目的

在舰船减振降噪技术的研究中，电磁浮筏主动隔振系统是一种常用隔振技术。针对电磁浮筏主动隔振系统，一般通过两方面的研究来提高系统的隔振性能：一是针对浮筏系统本身，通过改良机组和浮筏的布置、连接方式，改进筏架的结构和材料性能，改进作动器来提高系统的隔振性能；二是针对控制方法的研究，即设计出更为高效稳定的控制系统。本文设计了适用于磁悬浮浮筏主动隔振系统的控制器，努力提高系统的隔振性能，降低振动和噪音对舰船的影响。

论文的意义

磁悬浮浮筏隔振系统具有机电耦合特性和强非线性，磁悬浮作动器的承载能力和稳定性都决定于控制器^[2]，因此对控制系统的要求很高。传统的线性控制算法并不能解决系统非线性所造成的控制偏差，无法进行快速精准的控制。磁悬浮的控制必须依赖于非线性算法。