基于非線性時延反饋控制的線譜混沌化.pdf

1、利用非線性隔振系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)時其響應(yīng)功率譜呈連續(xù)譜這一特點(diǎn)，可以改變或重構(gòu)動力機(jī)械振動傳遞到船體基座的頻譜構(gòu)造特性，進(jìn)而弱化或消除水下輻射噪聲的線譜特征，提高艦船的隱蔽性。為此，本論文從研究混沌化的機(jī)理入手，提出非線性時延反饋控制混沌化方法，深入研究了非線性時延控制器中相關(guān)控制參數(shù)變化對系統(tǒng)混沌化的影響。在此基礎(chǔ)上，研究了多源激勵條件對線譜混沌化控制的影響。理論研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)混沌化的臨界控制增益與隔振浮筏系統(tǒng)的等效線性剛度成正比，故提出

2、基于準(zhǔn)零剛度系統(tǒng)實(shí)施線譜混沌化控制技術(shù)。圍繞混沌化方法及應(yīng)用所開展的具體研究內(nèi)容包括:
　　倍周期分岔是通向混沌的典型路徑之一，研究倍周期分岔過程中線譜結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的變化規(guī)律對完善線譜混沌化的基礎(chǔ)理論具有十分重要的作用。通過數(shù)學(xué)推理得到了連續(xù)系統(tǒng)倍周期分岔點(diǎn)鄰域內(nèi)T周期解與2T周期解的解析關(guān)系，進(jìn)一步分析得到了兩者之間的頻譜關(guān)系。揭示了連續(xù)系統(tǒng)發(fā)生倍周期分岔時，T周期解的信息將全部傳遞到2T周期解中。發(fā)生倍周期分岔時，系統(tǒng)頻譜將會在

3、繼承原有頻譜成份的基礎(chǔ)上新增頻譜分量。發(fā)生一次倍周期分岔，新增一次頻譜分量，直至系統(tǒng)進(jìn)入混沌運(yùn)動狀態(tài)，原有的離散線譜將演變?yōu)檫B續(xù)的混沌寬譜。系統(tǒng)線譜峰值在發(fā)生倍周期分岔時不會降低，只有可能保持不變或上升。
　　針對雙層隔振浮筏系統(tǒng)的線譜混沌化問題，提出了非線性時延反饋控制方法，推導(dǎo)出了非線性時延反饋控制的解析函數(shù)，建立了隔振浮筏線譜混沌化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計流程，為系統(tǒng)混沌化的設(shè)計提供了嚴(yán)格的理論依據(jù)。通過數(shù)值仿真，從反饋控制增益、時延量和

4、反饋頻率等方面探討了控制參數(shù)變化對系統(tǒng)混沌化的影響，并與線性時延反饋控制進(jìn)行對比分析，揭示非線性時延反饋控制在大參數(shù)范圍持續(xù)混沌化、小能量控制、控制形式選擇靈活等方面的諸多優(yōu)勢。
　　基于實(shí)際隔振浮筏系統(tǒng)具有多源激勵特性，研究了多源激勵下雙層隔振浮筏系統(tǒng)的非線性時延反饋混沌化問題，是關(guān)系到時延混沌化方法的技術(shù)應(yīng)用可行性的關(guān)鍵問題之一。本研究基于非線性時延反饋控制器設(shè)計，重點(diǎn)考察了反饋增益、時延量和反饋頻率等控制參數(shù)對多源激勵隔振浮

5、筏系統(tǒng)混沌化的影響，闡述了多源激勵環(huán)境下的線譜混沌化特性。
　　在混沌化的研究過程中發(fā)現(xiàn)小能量控制取決于浮筏系統(tǒng)的剛度特性，為此提出了一種承重可調(diào)的準(zhǔn)零剛度電磁隔振系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)承載重量發(fā)生變化時，可以通過調(diào)整線圈電流和控制步進(jìn)電機(jī)動作，使系統(tǒng)靜平衡位置保持在水平方向。被隔振設(shè)備在平衡位置附近做小幅振動時，其動剛度很小，整個系統(tǒng)的固有頻率很低，可實(shí)現(xiàn)大頻率范圍隔振，并具有良好的低頻隔振效果，同時為準(zhǔn)零剛度浮筏的小能量混沌化控制奠定了

6、基礎(chǔ)。
　　提出了雙層準(zhǔn)零剛度系統(tǒng)，推導(dǎo)了非線性時延反饋控制方程。相比于一般非線性系統(tǒng)，通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了準(zhǔn)零剛度系統(tǒng)在混沌化所需臨界控制增益和線譜抑制方面的獨(dú)特優(yōu)勢。并分別考察了準(zhǔn)零剛度系統(tǒng)在低、中、高頻區(qū)域的線譜混沌化性能。結(jié)果說明在中高頻區(qū)域，線譜特征能完全被消除。在低頻區(qū)域，很難完全消除線譜特征，但通過混沌化過程可以大大弱化對應(yīng)的線譜特征。仿真結(jié)果也表明通過調(diào)整控制增益、時延量和反饋頻率等參數(shù)可以有效改善混沌化品質(zhì)。