《基於最優時延反饋混沌化的非線性隔振理論與方法》是依託湖南大學，由周加喜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於最優時延反饋混沌化的非線性隔振理論與方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周加喜
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
當隔振系統處於混沌狀態時，可將簡諧振動轉化為混沌振動，有效降低潛艇隱蔽航行時的線譜特徵。目前這項創新技術面臨著兩大難題：如何在大範圍參數內實現隔振系統的小振幅混沌化；如何在變工況下保持連續混沌化。本項目首先深入研究時延系統的動力學特性，揭示時延反饋混沌化機理。其次，基於系統回響構造混沌性能指標和隔振效果指標，選取時延反饋控制參數為設計變數，將混沌化問題轉化為最佳化問題，提出最優時延反饋混沌化方法。開發快速而穩健的尋優算法解決該強非線性最佳化問題，進而解決隔振系統大範圍參數內小振幅混沌化問題。結合控制技術，開發連續混沌化跟蹤與控制程式，並研製相應的試驗平台，解決變工況下混沌的保持問題。最後利用試驗研究評估方法的可行性及隔振系統的隔振和降譜功效。通過本項目研究，期望為非線性隔振系統提供一種快捷而有效的混沌化方法，為實現混沌隔振系統高效控制潛艇線譜特徵提供理論基礎和技術支持。
結題摘要
針對目前混沌隔振存在的兩大難題：如何在大參數範圍內實現混沌化及如何在變工況下保持混沌狀態，通過三年的研究，利用準零剛度隔振技術，提出最優時延反饋混沌化方法，實現了隔振系統在大參數範圍內的小振幅混沌化及實時混沌化，並與海軍工程大學合作進行了混沌化實驗研究，驗證了方法的可行性。開展的研究工作和取得的主要成果如下： （1）準零剛度隔振技術。針對水下航行器隱蔽航行時的低頻隔振難題，基於正負剛度並聯原理，研發了幾款準零剛度隔振器，對其靜、動力學特性進行理論分析和試驗測試，驗證了準零剛度隔振器具有低頻隔振性能，在低頻區域其隔振效率遠高於線性隔振系統，且無明顯共振現象。此外，研究時延反饋控制下準零剛度隔振系統的穩定性時，發現控制增益無絕對穩定參數區域，因此，準零剛度隔振系統較傳統非線性和線性隔振系統更易於混沌化。 （2）時延反饋控制下隔振系統的穩定性及動力學特性。建立了時延反饋控制下非線性隔振系統的動力學模型，分析了系統的穩定性，給出了控制參數的穩定性區域。分析了系統的複雜動力學特性，如擬周期、混沌等，利用分岔分析給出了混沌控制參數區間。研究發現，在穩定參數域內，受控系統很難被混沌化，而在非穩定區域，系統易於被混沌化，該研究成果為時延反饋混沌化提供了控制參數選擇的理論依據。另外，對系統進行精確線性化，理論推導了非線性控制器的解析表達式，從理論上保證了時延反饋控制器的可行性。 （3）最優時延反饋混沌化方法。理論推導了時延反饋控制器的解析表達式，基於系統回響頻譜構造混沌性能指標，以控制參數為設計變數，以性能指標最小化為目標，採用遺傳算法進行最佳化設計，實現了對單層非線性隔振系統、雙層線性隔振系統、6自由度單層浮筏的混沌化，且對未知參數隔振系統實現了實時混沌化控制，並利用該方法對準零剛度隔振系統跳躍區間的振幅進行了有效控制。針對雙層線性隔振實驗裝置，利用NI控制器和LabVIEW搭建控制平台，輸入最優控制參數，實現了雙層隔振實驗裝置的混沌化，驗證了本方法的有效性。
