二维非线性晃动控制的复合光滑器优化液体晃动抑制效果

在实际应用中，矩形贮液箱内液体的液深在很多情况下是很难测量的，而且容器的驱动距离在不同的需求情况下也是不断变化的，这些因素的变化要求光滑器对系统参数具有良好的不敏感性，在不同的工况下都能很好地抑制液体的晃动。因此，下面通过数值仿真研究了在不同液深和不同驱动距离情况下，控制器对液体晃动的抑制效果。

图6.24 所示为当矩形贮液箱长度为182 mm、液深为120 mm 时，测量点的波高瞬态振幅和残余振幅在不同驱动距离情况下的变化曲线图。从图中我们可以看到，无控制的情况下，当驱动距离小于9.5 cm 时，液体晃动的瞬态振幅随着驱动距离的增加而增大，且瞬态振幅的大小取决于加速度脉冲。当驱动距离进一步增大时，瞬态振幅的大小主要取决于矩形贮液箱加速度脉冲和减速度脉冲引起的振动的相互作用。当加速度脉冲诱发的振动与减速度脉冲诱发的振动相位相同时，液体晃动的瞬态振幅增加，并出现波峰点；反之，当加速度脉冲和减速度脉冲诱发的振动相位相反时，产生的振动相互抵消，液体晃动的瞬态振幅减小，并出现波谷点。对于残余振幅，其大小和变化情况主要取决于加速度脉冲和减速度脉冲诱发的振动相位差。复合光滑器能抑制瞬态振幅的78.7%，这是因为光滑器对瞬态振幅的约束。复合光滑器能抑制残余振幅的99.3%，这是因为二维晃动模型的晃动固有频率是准确的，且复合光滑器对驱动距离具有非常好的鲁棒性。

图6.24　驱动距离变化时的瞬态与残余振幅

图6.25　液深变化时的瞬态与残余振幅(www.xing528.com)

图6.25 所示为控制器的设计参数的液深固定为120 mm，实际液深变化的情况下，测量点的波高瞬态振幅和残余振幅在不同液深情况下的变化曲线图。其中驱动距离固定为22.5 cm，矩形贮液箱长度为182 mm。从图中我们可以看到，无控制情况下，瞬态振幅和残余振幅缓慢减小，且当液深取值超过140 mm 时，振幅大小趋于平缓。复合光滑器能抑制瞬态振幅的79.6%和残余振幅的98.7%，这是因为光滑器对瞬态振幅的约束。同时，复合光滑器对液深的变化具有非常好的鲁棒性。

图6.26 所示为当矩形贮液箱驱动距离为22.5 cm、液深为120 mm 时，测量点的波高瞬态振幅和残余振幅随矩形贮液箱长度变化情况下的变化曲线图。从图中可以看出，无控制情况下，对于瞬态振幅，当矩形贮液箱长度大于106 mm 时，瞬态振幅随着矩形贮液箱长度的增加而增大，并在贮液箱长度为239 mm 时达到最高点；对于残余振幅，当矩形贮液箱长度小于150 mm时，残余振幅随着矩形贮液箱长度的增加而减小，并在贮液箱长度为150 mm时达到最低点，然后随着贮液箱长度增大而增大。光滑器的设计参数中矩形贮液箱的长度固定为182 mm。复合光滑器能抑制瞬态振幅的78.5%，这是因为光滑器对瞬态振幅的约束。复合光滑器能抑制残余振幅的95.7%，这表明光滑器对矩形贮液箱的尺寸变化有很好的鲁棒性。

图6.26　容器长度变化时的瞬态与残余振幅

从上述仿真结果可以看出，针对二维非线性晃动所提出的复合光滑器，能将液体晃动的瞬态振幅抑制在一定范围内，能很好地抑制晃动的残余振幅，并且该方法在不同的系统参数和工况下都具有非常好的控制效果。