船舶传动装置振动控制技术思考

船舶传动装置振动控制技术思考

沈勇1龚中华2

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摘要：结合实际，对船舶传动装置控制技术进行分析，首先论述传统船舶转动装置控制技术要点，其次在分析典型舰船动力及传动装置配置基础上，详细探讨模糊控制算法控制技术应用，实践可知，在船舶传动装置控制技术应用上，合理的做好控制算法控制计算能够切实提高船舶传动运行能力。

关键词：船舶；传动装置；振动控；制技术；思考

0引言

在船舶的各个组成结构系统中，柱推进系统主要是起到传动作用的一个系统。整个传动系统中，主机所产生的原动力会直接转换成船舶的推动力，从而使得船舶可以快速的向前行驶。对于一些用途比较特殊的船舶来说，因为其具备特殊的要求，对于主推进传动装置中，都要制定一些比较特殊的弹性装置来隔震。

1传统的船舶传动装置振动控制技术

从世界的校对来分分析，绝大多数的船舶都采用的是柴油发动机作为动力的提供，应用曲轴与传动尺寸作为整个装置的传动系统。柴油机在发动之后，可以给传播提供充足的动力，而传动装置可以在很大限度内起到节约能源的效果，还能够保证船舶能够正常的航行。伴随着科学技术的高速发展，船舶动力系统的发展的方向为高速化与大功率的方向，振动和噪音问题却逐渐加重。船舶传动装置与柴油主机的振动、噪音等都是有害的，其主要具备如下的缺陷：

1）降低主机与传动系统的性能，缩短使用寿命；

2）振动与噪音的存在使得主机消耗增大，能源过度浪费问题严重；

3）振动与噪音会产生比较严重的污染问题，导致了船载设备与仪表无法正常使用，导致了整个船舶的运行系统存在严重的问题。为了可以有效的防止振动问题，船舶技术领域加强了隔振技术的研发和应用。当前我国的传动系统以及振动控制技术可以分成如下的几个方面：

1）被动控制

振动控制是当前的传动装置振动控制的主要方法，振动控制过程中并不需要加入外部动力，振动控制也是有传动装置的变形所存在的。被动控制的组成结构以及工作原理比较简单，可以在较大范围内使用[2]。

2）主动控制

这种控制方式也是一种有源控制方法，可以通过外部动力控制以及隔离内部传动装置的方式来进行振动的隔绝。主动控制可以结合被控的动态性来进行，可以根据实际情况来进行能量的条件，可以适应具体的工作环境。

3）半主动控制

该控制方法是在上述两种方式之间的状态，在振动控制过程中只是减少了输入能量。半主动控制其所具备的主要优势如下所示：

①能量需求低；

半振动控制方式设备所需要的外部能量比较低，但是振动控制效果与主动控制方式并无很大的差异。

②经济性好；

③实时性强。

半主动振动控制方式整个系统中通常包含了网络服务器、转速传感器、振动控制器等等部分所组成，其中的转速传感器的作用就是给整个传动系统与主机来进行信号的传递，从而可以将其作为控制器的输入信号[3]。

2典型舰船动力及传动装置配置与分析

主推进装置系统的振动控制主要就是以原动机的安装方式来进行划分的，其可以分成刚性与弹性两个主要的类别。通常来说，民用船只或者一些军船对于水下噪音要求比较低的情况下都可以应用刚性安装的方式，其组成的传动系统相对较为简单，整个柱推进系统的构件也比较简单，振动控制的方式多数即为轴系振动与纵振控制、回旋振动控制的方式，主机自身的振动方式也比较常见，此外就是在船体结构上安装振动控制系统，无论选择哪一种形式的振动控制，都要符合相应技术规范的要求，多数都是船级社的要求，并不会采取一些特殊的减振或者隔振的措施。对于大型驱动船舶来说，如果在正常航行中出现了振动的问题，此时应该采用局部加强、增加动力减振装置的方式来解决，如果解决不了，就要通知主机厂进行解决。而军用要求较高的船舶，则有着更高的要求。

例如：军用舰船因为其自身使命与作战的需求，对于动力系统要求极高，同时也具备较高的复杂性。某舰船是德国为了扩充自己的海上军事力量来研发出的最新型的护卫舰，其具备一定的隐形功能。主机动力系统中使用了非常成熟的集成技术。F124型护卫舰内部装载了柴油机与燃气轮机的混合推动系统。2台柴油机中都设置了双层弹性控制系统，其可以达到隔振效果超过35dB，隔声超过25dB（A），从而能够避免噪声的传播，避免船体的基座发生严重振动的问题，进而能够降低水下辐射噪声。因为柴油机结构中安装了弹性的装置，传动系统中也可以进行轴系的径向补偿，同时可以实现抗冲击的效果。此外，在整个系统中还安装了1台加速驱动燃气轮机，该系统可以将动力传输给1台交叉变速箱，并且传递到2台变速箱。燃气轮机采用的是单层弹性安装的方式，可以将其布置在箱体结构内部。主机应用的他行装置在安装完成之后，可以选择硬弹性的方式，从而可以降低噪声的影响。

3模糊控制算法控制技术应用

3.1模糊自适应控制原理

应用比较先进的现代控制理论所研发出来的模糊控制算法，可以利用动态方程进行时域分析，从而可以更好的进行船舶传动装置的振动处理。模糊控制的方式也是一种非线性控制方式，具体的控制要素详见下文所述：

1）隶属度函数

对于定义域U中的任意元素x，x∈U，且x与[0，1]区间的一个函数值α（x）一一对应，此时α（x）称为定义域U内元素x的隶属度。

下图1即为典型的隶属度函数，为了能够更好的提升船舶隔振效果，下文将针对该方式展开具体的研究

图1典型的隶属度函数分布曲线

2）模糊集合

模糊集合主要就是将某种属性进行个体的集合处理，从而可以保证其与隶属度函数存在直接的联系，二者是相对应的。模糊集合可以通过下述的方法进行表示：

①有序对表示法

定义域U内的模糊集合A可表示为元素与隶属度函数的有序对，如下式：

3.2船舶传动装置的隔振平台模型设计

对于船舶振动控制系统中的参数设计，其主要的特性就是时变性、高度非线性，主要采取有效的方法来进行函数模型构建，从而可以建设更加合理的隔振平台。柴油机主机隔振、传动系统的建设等都能够更好的降低船舶的振动，主要从以下的两个基本原则来进行：其一就是在振动系统受

到了高频作用之下，振动系统就能够实现低阻尼、低刚度的影响；其二，振动系统在承受了低频振动影响之后，就会出现高阻尼、刚度的反应。要想使得船舶隔振效果得到提升，必须从这两个方面进行控制。

3.3船舶传动装置的振动控制器整体设计

从模糊算法入手，本次研究中的船舶传动的振动控制装置具备如下的基本功能：

1）控制功能

振动控制器正常工作的过程中，可以更好的进行船舶振动的控制，从而可以降低噪声的影响，还能够降低功率损耗。

2）学习功能

学习功能是模糊计算的最大优势，传动装置振动控制器可以达到振动控制的效果，从而可以更好的改进整个模糊计算系统，还能够起到更好的隔振效果，满足使用的需要。

4结语

船舶功能是否可靠和稳定直接受到了主机、船舶振动装置的影响，具体分析，就是该系统中所产生的振动影响，因此，需要加强对于船舶传动系统的隔振控制。对于船舶振动问题的控制，本文主要应用的模糊算法来进行确定，选择最佳的结构设计方案，提升整体的结构性能，有效的降低振动的影响，避免不良噪声的存在，从而可以提升整体结构的稳定性。

参考文献：

[1]盛晨兴.模糊综合评判方法在船舶主推进装置选型中的应用[J].武汉造船.2001（03）

[2]朱曾寿.我国舰艇动力装置现状和近期展望[J].中国造船.1988（S1）

[3]白艳祥，赵旭，沈文渊.嵌入式船舶主推进控制系统设计[J].船舶工程.2016（07）

[4]马剑，吕琛，陶来发，邱伯华，黄雅琳.船舶主推进系统故障预测与健康管理设计[J].南京航空航天大学学报.2011（S1）

[5]崔向东.双燃料发动机——新型液化天然气船主推进装置[J].世界海运.2008（02）