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反共振振动机振幅稳定控制

作　者: 宋鸣
导　师: 刘杰
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 振动利用工程 反共振 PID控制 滑模控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


近十几年来,有关振动利用工程的理论得到了充分发展,依据这些理论制造的振动机械,已经在工农业生产及人们的日常生活中得到广泛的应用。工业中有很多大型振动设备,这些大型设备在利用振动的同时,要防止这种振动对其他设备以及周围建筑物造成的影响,并且要减小振动引起的噪声。应用反共振理论设计的反共振振动机械可有效解决上述不利影响。但是反共振振动机械普遍存在着反共振点的位置受参数(上质体质量)变化敏感而导致的振幅不稳定的缺点,因此实际应用之前必须进行充分的理论研究和实验证明。对反共振振动机进行动力学分析,建立了该机的数学模型,通过求解微分方程得上下质体的振幅表达式。对振幅表达式进行无量纲处理,确定影响振幅的参数,这些参数分别是是反共振频率比、质量比、阻尼比等。用MATLAB绘出这些参数发生变化时上下质体振幅的变化情况。设计PI控制器和滑模控制器控制反共振振动机,实现当工作体质量发生变化时,通过调节激振电机频率满足上质体振幅稳定。建立反共振振动机械的状态空间方程,分析其可控性、可观性及稳定性。应用变频调速器、加速度传感器、电荷放大器、工控机、PCL818-L等设备,结合LabVIEW的数据实时采集模块,对数据处理,得控制信号,通过PCL818-L模拟输出通道控制变频器的输出频率从而控制激振电机转数,实现了对上下质体振幅的控制。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 课题的来源及背景  10-12
    1.1.1 反共振振动机应用概述  10
    1.1.2 反共振振动机的组成  10-11
    1.1.3 反共振振动机的研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状及意义  12-13
    1.2.1 反共振理论的发展及应用  12
    1.2.2 反共振理论的应用  12-13
  1.3 反共振振动机振幅控制方法概述  13-15
  1.4 论文工作内容  15-17
第2章 反共振振动机动力学分析  17-30
  2.1 反共振理论基础  17-21
    2.1.1 原点反共振振动机的原理及特性  17-19
    2.1.2 跨点反共振振动机的原理及特性  19-21
  2.2 反共振振动机动力学分析  21-23
  2.3 动力学参数与幅频响应曲线关系  23-30
    2.3.1 无阻尼情况分析  23-26
    2.3.2 有阻尼情况分析  26-30
第3章 控制系统数学模型及分析  30-36
  3.1 数学模型的建立方法  30-32
    3.1.1 控制系统时域的数学模型  30-31
    3.1.2 控制系统频域的数学模型  31-32
  3.2 控制系统状态方程的建立  32-33
  3.3 实验台能控性、能观性及稳定性判断  33-36
    3.3.1 可控性判断  34
    3.3.2 可观测性  34-35
    3.3.3 判定系统的稳定性  35-36
第4章 控制方法及控制器设计  36-52
  4.1 控制方法介绍  36-44
    4.1.1 PID控制  36-41
    4.1.2 滑膜控制  41-43
    4.1.3 系统综合分析控制  43-44
  4.2 本实验所采用的控制方法  44-46
    4.2.1 采用PID控制的理由  44-46
    4.2.2 采用滑膜控制的理由  46
  4.3 控制器设计  46-52
    4.3.1 前馈控制的PI控制器设计  46-49
    4.3.2 PID控制基础上的加权控制  49-50
    4.3.3 滑模控制器设计  50-52
第5章 基于LabVIEW的振幅控制实验系统  52-71
  5.1 硬件平台  52-56
    5.1.1 反共振振动机机械部分  52-53
    5.1.2 反共振振动试验台控制系统  53-56
  5.2 系统软件设计  56
  5.3 模拟量输入  56-57
  5.4 实验数据预处理  57-62
    5.4.1 采样数据的坐标标定  57-58
    6.4.2 消除多项式趋势项  58-60
    5.4.3 采样数据的平滑处理  60-62
  5.5 时域处理  62-63
  5.6 反共振振动试验台的起停控制  63-67
    5.6.1 反共振机起停过程分析  63-64
    5.6.2 起停控制方法  64-66
    5.6.3 矢量控制实现快速起停  66
    5.6.4 直接转矩控制实现快速起停  66-67
    5.6.5 实验中快速起停的实现  67
  5.7 反共振振动机振幅控制系统  67-70
    5.7.1 振动信号检测  67-68
    5.7.2 控制电压输出部分  68
    5.7.3 振动控制程序  68-70
  5.8 本章小结  70-71
第6章 结论与展望  71-73
  6.1 结论  71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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