【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶推进轴系振动控制，具体涉及一种应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变（mrf）吸振器控制方法。
技术介绍
1、推进轴系是船舶动力传输系统中的核心部件，在高速运动中容易引起振动，而推进轴系产生的纵向振动不仅会影响船舶的舒适性和安全性，还会损坏设备，缩短设备使用寿命。因此，对于推进轴系的减振问题一直是船舶动力学研究的热点之一。
2、传统的吸振方法已难以满足推进轴系多变振动工况下的控制需求，而变刚度变阻尼mrf吸振器的出现为推进轴系的振动控制提供了新方案。mrf吸振器利用磁流体的流变特性，通过改变磁场对磁流体的作用力大小来调节吸振器的刚度和阻尼，从而实现对推进轴系振动的控制。
3、然而，现有的变刚度变阻尼mrf吸振器在振动控制范围和控制效果方面存在一定局限性，在超出吸振器控制范围时难以实现对推进轴系振动的有效控制；同时，由于mrf吸振器复杂的非线性关系，导致其难以找到合适的控制器，无法实现宽范围频率的精确控制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，该方法有利于实现精准、高效的推进轴系振动控制。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、获取磁流变吸振器的刚度和阻尼动态力学性能数据，并构建适用于推进轴系上的磁流变吸振器刚度正模型和阻尼力正模型；所述步骤s1具体包括以下步骤：
4、s11、获取推进轴系吸振实验数据，包括刚度性能实验数据和阻尼性能实验数据，获取磁流变吸振器不同电流下输出力与位移和速度的关系，即得到磁流变吸振器的刚度和阻尼动态力学性能数据；
5、s12、基于得到的磁流变吸振器的刚度和阻尼动态力学性能数据，构建磁流变吸振器动力学模型；
6、s13、基于磁流变吸振器动力学模型，建立磁流变吸振器的刚度正模型和阻尼力正模型；将获得的刚度性能实验数据和阻尼性能实验数据分别分为训练集和预测集，将两个训练集分别输入刚度正模型和阻尼力正模型进行模型训练，再将两个预测集分别输入训练后的刚度正模型和阻尼力正模型进行数据预测，获得刚度的预测值和阻尼力的预测值；
7、s14、基于刚度正模型输出的刚度预测值和阻尼力正模型输出的阻尼力预测值，对模型预测输出力与实验所得输出力进行比较，确保模型建立的有效性和参数辨识的准确性；
8、步骤s2、获取推进轴系振动的时域信号，采用复合频率辨识将信号变换为主频，得到期望的磁流变吸振器刚度值，并结合刚度正模型，通过pid控制器获取控制刚度电流；
9、步骤s3、基于磁流变吸振器刚度正模型和阻尼力正模型，构建推进轴系-吸振器耦合物理模型，并建立推进轴系-吸振器耦合物理模型的动力学方程；
10、步骤s4、基于推进轴系-吸振器耦合物理模型的动力学方程，构建积分滑模控制器；
11、步骤s5、通过积分滑模控制器控制磁流变吸振器的刚度和阻尼，实现对推进轴系主系统纵向振动的抑制。
12、进一步地，所述s13具体包括以下步骤：
13、s131、基于建立的磁流变吸振器动力学模型，构建磁流变吸振器的整体输出力，并采用三次多项式对其中的未知参数进行分开表达；
14、s132、采用隔代投影遗传算法建立隔代投影遗传算子，对上述未知参数进行参数辨识，并建立刚度正模型和阻尼力正模型，获取未知参数最优值；
15、s133、将获取到的未知参数最优值代入相应的正模型中，基于刚度性能实验数据和阻尼性能实验数据，获得刚度正模型输出的刚度预测值和阻尼力正模型输出的阻尼力预测值。
16、进一步地，所述s14的具体实现方法为：基于获取到的刚度预测值和阻尼力预测值，计算一个周期内模型预测输出力 fsim与实验所得输出力 fexp之间的均方根误差，并进行参数优化使其小于设定的误差阈值；其中， fexp和 fsim分别为磁流变吸振器在第 i个采样点处的实测输出力和模型预测输出力。
17、进一步地，所述步骤s2具体包括以下步骤：
18、s21、采用加速度传感器获取螺旋桨叶片同步共振信息，并采用hilbert变换对振动信号进行变换，得到推进轴系振动的时域信号；
19、s22、基于得到的推进轴系振动时域信号，采用旋转不变子空间技术算法对信号进行复合频率辨识，得到主频信息，基于此获取期望的磁流变吸振器刚度值；
20、s23、基于期望的磁流变吸振器刚度值及刚度正模型预测刚度值的反馈，计算刚度偏差，并通过pid控制器获取控制刚度电流。
21、进一步地，所述步骤s3具体包括以下步骤：
22、s31、基于磁流变吸振器动力学模型及推进轴系模型构建推进轴系-磁流变吸振器耦合物理模型；
23、s32、基于建立好的推进轴系-磁流变吸振器耦合物理模型，构建动力学方程，即推进轴系吸振系统上的加速度方程。
24、进一步地，所述步骤s4具体包括以下步骤：
25、s41、基于推进轴系-吸振器耦合物理模型的动力学方程，建立状态空间方程，并对其进行线性化处理，得到控制输入与控制输出的关系方程；
26、s42、基于控制输入与控制输出的关系方程，构建应用于推进轴系吸振系统的积分滑模控制器，并对其进行lyapunov稳定性分析。
27、进一步地，所述s41具体包括以下步骤：
28、s411、基于动力学方程，令输入为磁流变吸振器的刚度 k v和阻尼 c v，输出为 y= x3，其中 x3为传递到推力轴承基座的位移，并选取积分滑模控制器的状态变量，得到：，，，，，，，其中 z1、 z2、 z3、 z4、 z5、 z6为状态空间方程的6个状态变量， u为控制输入， x1为螺旋桨的振动位移， x2为吸振器的振动位移，磁流变吸振器刚度 k v遵循刚度最优控制准则；
29、s412、根据选取的状态变量及动力学方程，得到状态空间方程；
30、s413、对状态空间方程进行输入输出线性化处理，考虑参数不确定性和干扰，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，所述S13具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，所述S14的具体实现方法为：基于获取到的刚度预测值和阻尼力预测值，计算一个周期内模型预测输出力Fsim与实验所得输出力Fexp之间的均方根误差，并进行参数优化使其小于设定的误差阈值；其中，Fexp和Fsim分别为磁流变吸振器在第i个采样点处的实测输出力和模型预测输出力。
4.根据权利要求1所述的应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：
<...【技术特征摘要】
1.一种应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，所述s13具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于，所述s14的具体实现方法为：基于获取到的刚度预测值和阻尼力预测值，计算一个周期内模型预测输出力fsim与实验所得输出力fexp之间的均方根误差，并进行参数优化使其小于设定的误差阈值；其中，fexp和fsim分别为磁流变吸振器在第i个采样点处的实测输出力和模型预测输出力。
4.根据权利要求1所述的应用于推进轴系上的变刚度变阻尼磁流变吸振器控制方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄惠，李雨铮，林作勇，陈佳锟，周承武，
申请(专利权)人：中闽福清风电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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