控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法技术

本发明专利技术涉及一种控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法，包括以下步骤：S1、向着船舶板架结构施加位移

【技术实现步骤摘要】
控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法


[0001]本专利技术涉及船舶振动控制
，尤其是一种控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法。

技术介绍

[0002]当舰船在海洋上航行时，因其受到外部激励作用势必会产生激振，从而不但会损及舰船本体结构，而且因激振所引发的噪音还对船员身心健康造成不良影响。
[0003]随着制造技术的进步，船舶的抑振抑噪设计逐步被提上日程。在现有技术中，同时采取被动控制法和主动控制法以对航行中的船舶进行抑振抑噪。被动控制法对消除高频振动较为有效，其具体实施方案为：在船舱中增设阻尼减振装置，抑或是对制备船体的钢材进行优选。主动控制法对消除低频振动较为有效，其具体实施方案为：力发生装置通过向着船舱侧壁局部区域施于主动干预力以消除低频振动。随着被动控制法和主动控制法的结合可以有效地解决船舶的激振问题，然而，实施困难度较大，不但大幅度地增加了船舶制造成本，而且还延长了制造周期。另外，在船舶投入实际运营后，还需要投入大量的人力、物力对阻尼减振装置或力发生装置执行维护操作。因而，亟待技术人员解决上述问题。

技术实现思路

[0004]故，本专利技术课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断探讨以及设计改进，最终导致该控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法的出现。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术涉及了一种控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法，假定典型船舶板架结构为具有n阶自由度的结构系统，且其质量、阻尼以及刚度矩阵分别为M，C，K，且均为n
×
n对称矩阵，其中M为正定矩阵，C和K为半正定矩阵；
[0006]控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法包括以下步骤：
[0007]S1、向着船舶板架结构施加位移
‑
速度反馈控制，并建立其系统结构方程；
[0008]设定位移
‑
速度反馈控制的力矩阵为B，速度反馈矩阵为S，位移反馈矩阵为R；当控制船舶板架结构受到位移
‑
速度反馈控制后，其系统方程表示为：
[0009][0010]S2、引入刚度系数，且对船舶板架结构进行特征值和特征向量配置；
[0011]根据刚度系数，定义控制船舶板架结构的模态振型为r；
[0012]且当未向着控制船舶板架结构施加位移
‑
速度反馈控制前，其左特征向量的特征值用方程式表示如下：
[0013][0014]当向着控制船舶板架结构施加位移
‑
速度反馈控制后，其左特征向量的特征值用方程式表示如下：
[0015][0016]此处所配置的左特征向量为接下来所要优化的变量，根据激励力所在的位置和大小，配置对应节点的左特征向量；
[0017]在对控制船舶板架结构进行左特征向量部分特征结构配置时，假设该系统的前n个特征值配置用方程式表示为：
[0018][0019]而其余特征值保持不变，且向着控制船舶板架结构施加位移
‑
速度反馈控制后其各系统特征值相异；
[0020]S3、测量得到船舶板架结构的导纳矩阵；
[0021]S4、筛选出船舶板架结构的最优特征结构配置节点；
[0022]S5、求解出船舶板架结构的反馈增益矩阵，并具此判断出其激振强度。
[0023]作为本专利技术技术方案的更进一步改进，在步骤S3中，船舶板架结构的导纳矩阵如下：
[0024][0025]M
i
为变量，根据所设定的刚度系数范围，联合其余变量，一起优化，筛选出最优配置结果；
[0026]H(η
k
)＝H(x)
ꢀꢀꢀ
(5)；
[0027]在方程式(3)的两边同时乘以H(x)的转置，得到以下表达式：
[0028]r
k
＝H(x)
T
(η
k
S+R)B
T
r
k
ꢀꢀꢀ
(6)。
[0029]作为本专利技术技术方案的更进一步改进，步骤S4包括以下子步骤：
[0030]S41、假设位移
‑
速度反馈控制的激励力为δ
i，j
，其中，i代表模态阶数，j代表节点数；
[0031]S42、将方程式(6)分别简化成方程式(7)、方程式(8)；
[0032]γ
k
＝(η
k
S+R)B
T
r
k
ꢀꢀꢀ
(7)
[0033]r
k
＝H(x)
T
γ
k
ꢀꢀꢀ
(8)
[0034]联合方程式(7)、(8)求解出船舶板架结构预配置的左特征向量；
[0035]S43、通过matlab和isght联合优化，以模拟出船舶板架结构在受到位移
‑
速度反馈控制作用前、后的频响函数对比图。
[0036]作为本专利技术技术方案的更进一步改进，步骤S43中，在matlab中将外部激励的位置、配置左特征向量的位置、刚度系数、以及当天船舶航行的海水温度和天气温度设为变量，每产生一个激励，其所对应的节点，以配置此节点处所在位置的左特征向量，在isight中，利用遗传算法进行优化，激励力的位置范围根据所控制系统的自由度设置不同的数值，将其设置为输入变量，所配置的左特征向量位置的范围，根据激励力大小，设置同样的区间范围，也设置为输入变量，每产生一个激励，配置其对应的左特征向量所得到频响函数设置为输出变量；将刚度系数、海水温度、天气温度均设为输出变量，将遗传算法中种群规模设置为变量数目的倍数，世代数设置可以根据系统默认；优化进行时，所迭代的次数为种群规模乘以世代数，最后根据迭代处的数据筛选出最优结果。
[0037]作为本专利技术技术方案的更进一步改进，在步骤S42中，假定船舶板架结构受到位
移
‑
速度反馈控制作用时，在受激励力作用的任一区域，所生成的左特征向量与激励力向量相正交，则。
[0038]作为本专利技术技术方案的更进一步改进，在步骤S5中，假定船舶板架结构闭环系统的模态振型η
k
是任意左特征向量γ
k
的线性组合，其中，γ
k
是任意选定的系数；将上表达成如下含义：
[0039]P
k
Y＝γ
k
ꢀꢀꢀ
(9)
[0040]对于控制前方程剩余的2n
‑
p个方程，可以简写为：
[0041]Q
k
Y＝0
ꢀꢀꢀ
(10)
[0042]联合方程式(9)和方程式(10)以求出船舶板架结构的反馈增益矩阵S和R。
[0043]根据公知常识，右特征向量是结构本有属性，与是否受到激励力作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法，其特征在于，假定典型船舶板架结构为具有n阶自由度的结构系统，且其质量、阻尼以及刚度矩阵分别为M，C，K，且均为n
×
n对称矩阵，其中M为正定矩阵，C和K为半正定矩阵；所述控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法包括以下步骤：S1、向着所述船舶板架结构施加位移
‑
速度反馈控制，并建立其系统结构方程；设定位移
‑
速度反馈控制的力矩阵为B，速度反馈矩阵为S，位移反馈矩阵为R；当所述控制船舶板架结构受到位移
‑
速度反馈控制后，其系统方程表示为：S2、引入刚度系数，并对所述船舶板架结构进行特征值和特征向量配置；根据刚度系数，定义所述控制船舶板架结构的模态振型为r；且当未向着所述控制船舶板架结构施加位移
‑
速度反馈控制前，其左特征向量的特征值用方程式表示如下：当向着所述控制船舶板架结构施加位移
‑
速度反馈控制后，其左特征向量的特征值用方程式表示如下：此处所配置的左特征向量为接下来所要优化的变量，根据激励力所在的位置和大小，配置对应节点的左特征向量；在对所述控制船舶板架结构进行左特征向量部分特征结构配置时，假设该系统的前n个特征值配置用方程式表示为：而其余特征值保持不变，且向着所述控制船舶板架结构施加位移
‑
速度反馈控制后其各系统特征值相异；S3、测量得到所述船舶板架结构的导纳矩阵；S4、筛选出所述船舶板架结构的最优特征结构配置节点；S5、求解出所述船舶板架结构的反馈增益矩阵，并具此判断出其激振强度。2.根据权利要求1所述的控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法，其特征在于，在步骤S3中，所述船舶板架结构的导纳矩阵如下：M
i
为变量，根据所设定的刚度系数范围，联合其余变量，一起优化，筛选出最优配置结果；H(η
k
)＝H(x)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；在方程式(3)的两边同时乘以H(x)的转置，得到以下表达式：r
k
＝H(x)
T
(η
k
S+R)B
T
r
k
ꢀꢀꢀ
(6)。3.根据权利要求2所述的控制船舶板架结构激振强度的左特征向量配置优化方法，其特征在于，步骤S4包括以下子步骤：
S41、假设位移
‑
速度反馈控制的激励力为δ
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏茂龙，徐强，李永正，杨涵寅，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：