光滑器的仿真效果：抑制液体瞬态与残余振动

在本节进行的数值计算仿真，在不同工况下，对比分析三段光滑器的鲁棒性，取液体晃动每个方向的前十个模态进行仿真。

图6.14 所示为当容器内液深为90 mm，驱动角固定为30°，改变驱动距离时，液体晃动的瞬态振幅和残余振幅。无控制器情况下，在驱动距离小于5.8 cm 时，液体瞬态晃动振幅随着驱动距离的增加而增加，这是因为此时容器运动还未达到最大速度，瞬态振幅随着加速时间的增加而增加。驱动距离大于5.8 cm 后，瞬态振幅的大小取决于加速过程与减速过程引起的振动之间的相互作用，当两者同相时，瞬态振动中波峰出现；当两个振动反相时，瞬态振幅曲线中波谷点出现。同样的，对于残余振幅曲线，曲线的变化也是加速引起的振动与减速诱发的振动之间相互作用的结果。分析有控制器情况下的瞬态振动与残余振动发现，三段光滑器抑制瞬态振动的83.1%，由于光滑器产生的命令在边界处更光滑，所以对瞬态振动的抑制效果较好。光滑器抑制残余振荡96.2%，光滑器抑制残余振荡的效果较好。仿真分析显示，不同驱动距离下，光滑器能将瞬态振动和残余振荡抑制到很低的水平。

图6.14　驱动距离变化时的瞬态和残余振幅

图6.15 中给出了驱动距离为20 cm，液深固定为90 mm，驱动角变化时的瞬态振幅与残余振幅曲线。当驱动角为0°时，系统只有横向模态响应；当驱动角为90°时，容器沿纵向运动，系统的全模态响应是横向模态响应与纵向模态响应的叠加。无控制器情况下，在驱动角增加到48°之前，瞬态振幅随着驱动角的增大而增大，驱动角进一步增加后，瞬态振幅减小，这是横向模态与纵向模态之间相互作用的结果；不加控制器时的残余振幅在驱动角为75°时达到最大值。光滑器能够平均抑制瞬态振动的83.5%，残余振动的98.9%。因此，在不同的驱动角激励下，光滑器都有很好的振动抑制效果。

(www.xing528.com)

图6.15　驱动角变化时的瞬态和残余晃动

图6.16　液深变化时的瞬态和残余晃动

很多情况下，液体深度可能不能实现准确测量，此时就需要控制器对实际液深变化不敏感。图6.16所示为驱动距离为20 cm，驱动角固定为30°，实际液深变化时液体晃动的瞬态振幅与残余振幅。在此仿真中，控制器的设计液深固定为90 mm。无控制器时，液体晃动振幅很大，在充液比（h/a） <1时，随着液深的增加，瞬态振幅与残余振幅减小；当充液比（h/a） >1时，液深继续增加，液体晃动的瞬态振幅与稳态振幅变化不大。统计仿真数据，光滑器平均能够抑制瞬态振动的82.4%，平均能够抑制残余振动的98.1%。仿真显示，当实际液深与控制器设计液深有很大偏差时，光滑器仍然能起到很好的效果。

对不同驱动距离、不同驱动角工况下进行仿真，仿真结果显示光滑器在不同工况条件下都能很好地抑制液体的瞬态振动与残余振动。将光滑器设计液深固定在90 mm，假设实际液深测量不准确的情况下进行仿真，从仿真结果可以看到，即使当实际液深与光滑器设计液深有很大误差时，光滑器仍然能发挥良好的控制性能。综合上述仿真结果，说明光滑器在不同工况下都能获得良好的控制性能，并且对系统参数变化不敏感。