马金峰

摘要：由于船舶柴油机动力装置的振动对船体机构安全有着直接的影响，还会对相关的设备与仪表等正常运行的可靠性产生影响，与此同时，还会对环境造成严重的污染和危害。因此，对振动进行相应的控制是十分关键的环节。由于过去的被动隔振不能对低频振动进行隔离，而且隔振装置一旦确定后，它的特性参数也会随之确定，例如刚度、阻尼等，导致不能对设备环境状态的变化进行调整。

关键词：柴油发电机组;振动主动控制;概况及现状;原因及危害

0  引言

柴油发电机组作为船舶的主要振动噪声源之一，为有效对柴油发电机组振动进行控制，同时降低其相应的辐射噪声，通常采用浮筏隔振技术措施。由于目前柴油机发电机组在船舶上逐渐被广泛应用，柴油发电机组不光是为船舶提供船电的机组外，还被越来越多的应用于电力推进。由于柴油发电机组具有其独特的优点，可以利用全或者半电力推进数千吨以上的船舶，尤其是均用舰船推进系统的不断发展[1]。

1  发电机组的主动控制的概述及优缺点

主动控制是指结构主动控制要根据实时测量结构反应或者环境干扰，利用现代控制理论的主动控制算法在精确的结构模型基础上进行相应的运算和决策最优控制力，最终促使作动器在较大的外部能量输入下达到最优的控制力。主动控制的主要特点是一种需要额外能量的新型控制技术，主动控制和被动控制的主要区别在于是否有额外的能量消耗[2]。而主动控制对提高建筑物具有抵抗不确定性地面运动，能够减少相应输入的干扰力，或是在地震发生时可以通过自身对结构动力进行自行调整的特征等相应能力，尤其是在结构风振反应的处理时，其具有的良好控制效果，与被动控制相比，主动控制的控制效果更为显著。但是，由于主动控制在实际应用的价格较为昂贵，也会存在与其他控制理论相似的问题，导致控制技术的复杂、造价高、维护要求较高。

2  主动振动控制中控制器的相关研究

控制器作为主动控制当中的一个主要研究内容。通过利用不同的控制技术和控制算法对控制器进行相应的设计。在某种程度上，根据不同的环境因素或是精度要求下决定控制对象的控制效果。从当前主动控制的应用中可以看出，控制器的设计方法主要有：独立模态空间控制、直接输出反馈、自适应控制、神经网络控制、鲁棒控制以及模糊控制等。例如独立模态空间控制是指把系统运动的方程从物理坐标系线性逐渐转换为模态坐标系，通过各模态耦合的物理坐标在模态坐标系中表示的模态坐标的转换过程，促使其能够达到解耦的目的。在控制方程过程中，将解一个复杂的高阶微分方程问题逐渐转换成解多个低阶微分方程的问题。而复杂结构就要对模态进行截断，导致剩余模态的溢出。

3  主动振动控制技术的研究概况及现状

振动主动控制作为主动控制技术在振动领域当中的一项十分重要的应用，主要包括开环和闭环两类控制。开环控制又被称为程序控制，主要是针对其中的控制率，而控制率是提前按照规定预先设计好的，但是和受控对象的振动状态没有任何关系。闭环控制中的控制器是按受控对象的振动状态主要针对反馈信息而进行相应工作。当前闭环控制属于应用最多且最为广泛的控制方式。振动闭环控制是受控对象随着振动状态进行及时的外加控制，不断满足预定的振动要求。总体来说，就是在受控对象上安装相应的传感器，通过传感器对振动进行感受，利用传感器的信号在传播过程中进行适当的放大后传送至控制器，控制器按照所需发出相应的控制律，其输出是作动器的主要动作指令，作动器还有附加子系统或者直接对受控对象进行施加，这样就构成了一个完整的闭环振动控制体系。由于振动领域当中还存在两大类的问题，分别是动力响应的主动控制和动稳定性的主动控制。像动力响应的主动控制是控制在特定外界干扰作用下受控对象的相应，促使其可以达到预期的效果要求。使用方法通常为直接法或间接法，直接法是将受控对象的响应力作为设计控制律的主要目标，而间接法是利用控制模态参数（模态阻尼、振型、模态频率等）实现控制的主要目的。间接法是控制受控对象所有阶段模态的稳定程度，例如可以使原来并不稳定的模态逐渐转变成稳定的模态，或者是使原来较为稳定的模态根据要求的稳定裕度。

由于近年来振动主动控制的研究让越来越多从事力学、计算机、控制以及材料等相关的科学研究人员对此进行展开有关研究工作，研究的核心问题是加强提高结构的模态阻尼与相对减小对于外界的干扰响应。通过利用材料的压电、形状机翼等独有特性的灵巧灵巧原件的应用和出现，也为新型的作动器创新了新的途径。此外主动结构出现了，主动结构主要是把结构当中受力元件和作动器的元件进行融合，將两者合二为一，不仅能够促使结构更加的紧凑，还会使其重量有所减轻。近年来，不但智能结构逐渐被广泛应用，就连神经网络都在震动主动控制当中被大量采用。由于利用大量的简单非线性单元宽泛链接成为较为复杂的非线性网络，这是人们为了对人脑进行功能模拟所提出来的。然而利用圣经网络设计的控制系统具有很强的适应性、智能性以及鲁棒性等都有良好的成效。对于当前来说，研究最多的是具有反向传播模型或是Hopfield模型的多层网络都是属于神经网络。

振动主动控制的核心问题主要是研究控制器设计。 经常用到的控制器设计方法包括有基于现代控制理论的极点配置法，直接输出反馈、自适应控制、鲁棒控制、自学习控制等。由于振动问题的不同特点，相关力学研究者提出了区别于传统控制理论的模态空间控制理论，其中在目前振动控制领域里被广泛应用的一个主流方法是独立模态控制法。在控制器设计相关的过程中，有关结构振动控制问题又受到研究者的重视。例如，模型降阶的问题。首先模型降阶的主要目的是将高阶模型转变为低阶模型，对设计的计算量相应减少一些，使控制器的结构也简单化，并且有利于实现控制算法。然而最为简单的降阶方法就是模态截断，其主要特点是只保留控制频段以内的低阶模态，直接忽视对于高阶模态所造成的影响。

4  柴油发电机组振动问题的产生原因及危害

由于机械在振动过程中通常会造成轴承的严重磨损、机件裂纹现象的形成、紧固件松弛、结构和机械的不同程度破坏、机械设备进行频繁的维修等情况，从而还会产生高额的费用、绝缘材料磨损导致的短路现象以及焊点破裂发生的电路故障等。工作人员在振动环境中长时间的进行相应工作，往往会出现身体不适或者感到疼痛，导致工作效率逐渐下降[3]。然而，造成振动问题的主要产生原因是：

一是由于修理、安装时存在精度差，导致修理过程中在更换运动件时忽视了质量及间隙的因素，促使电机与柴油机中线进行调整时不符合有关规范或是在调整中线过程时垫片的不合理使用;

二是对于连接刚度不足的机组基座过于单薄，造成支撑强度不够，导致基座和机座间的垫片连接不牢固，螺丝容易松动，机座结构缺少相应的刚度;

三是由于联轴节存在缺陷齿轮式联轴器不停的进行运行，造成齿轮的齿厚和齿隙因磨损不均，使齿面出现接触不良现象，或者弹性柱销联轴器长期进行运行，弹性胶失去自身弹性逐渐老化、变形以及磨损脱落，连接胶座孔也出现不同程度的磨损变形，连接螺丝发生折断。而刚性联轴器平面跳动过大，使端面和轴中心没能达成垂直;

四是由于机械自身具有缺陷存在，在长时间的运行使用过程，对相应机械缺乏定期保养，运动副的间隙较大，造成运动件的过度损坏，形成不平衡的质量，在运行运动过程中产生不平衡力。

5  发电机组隔振原理及方法

隔振原理是把相应的机械或者仪器安装在弹性装置的适当位置上来实现隔离振动的主要措施。柴油机主要用于船上的发电机组的原动机，柴油机的隔振方法主要有积极隔振方法和消极隔振方法。积极隔振是为了减少周围仪器、机器等设备基础的振动，往往是在设备和基础间通过加垫弹簧、软木、橡胶或者减振元件等方式，避免振动造成配件间的过大摩擦。使它与支承隔离开，有利于减小对支承上的不平衡力，而这种隔离机械时产生的干扰动力逐渐减少对于基础的影响隔振方式被称之为积极隔振或者主动隔振。例如发动机、水泵、锻锤机械等的隔振。而消极隔振是对于振源来自支承振动的情况，将需要进行隔振的物体与振源保持相对较远的距离，进行隔离分开，为使降低外界振动传到系统当中，将系统安装在一个隔振台座上，促使其和地基之间隔开一定的距离，有效防止或者减少周围振动对于机械的影响，而且必须将支承和机械隔离，这种振动方式被称为动隔振或者消极隔振[4]。例如精密仪器的安装、车辆的乘坐、环境运输的包装等振动，由于消极隔振等于隔振后机器设备的振幅除以支承运动的振幅，因此，隔振系数越小代表隔振效果越好。

而隔振方法在选择和设计的过程中，首先要确定好系统固有的频率之后，再根据隔振系统的相应重量和压缩量所需的计算隔振器的数量与刚度，通过这一系列的准备工作后进行选择最为合适的隔振器装置。总体来说，为了可以达到隔振的主要目的，隔振的材料或者隔振器还要符合相应的要求。例如，第一选取承载力较大，强度相对高，阻尼适当;第二选取弹性性能良好且刚度较低的;第三选取耐久性良好、性能比较稳定，对外界的温度、湿度等干扰因素影响较小的，不会随着外界因素的改变而使自身性能发生较大的改变;第四选取容易且方便的材料;第五选取抗酸、油、碱等侵蚀能力较强的;第六选取有利于更换、加工制作以及维修的。由于隔振器材和隔振器的种类较为繁多，每种类型的隔振器也都有其自身的性能特點，所以要根据不同需求进行合理的选取相应隔振器。

6  结束语

综上所述，柴油发电机组作为独立并且非连续运行发电的设备。因此，要做好日常相应的保养工作，同时也对常见的故障问题原因及相应的解决方案进行掌握，确保柴油发电机组可以在任意工况发挥显著的作用。

参考文献：

[1]张翠霞.柴油发电机组并联运行典型故障及原因分析[J].中国修船，2020（1）：4-7.

[2]白敬中.柴油发电机组在小型污水泵站的应用[J].电工技术，2016（11）：29-30.

[3]邵加鼎，邸广杰，叶洪伟，等.地铁工程车柴油发电机组容量计算分析[J].华东科技（综合），2019（4）：0363.

[4]黄积，余浩.核电应急柴油发电机组保护跳机原因分析[J].中国核电，2019（3）：309-313.