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基于嵌入式系统高精度隔振平台主动控制方法研究

作　者: 刘品龙
导　师: 谭久彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 空气弹簧隔振主动控制音圈电机模糊PID
分类号: TB535.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 23次
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内容摘要

随着科学技术水平的发展，超精密加工与精密测量对隔离环境有害振动的水平要求越来越高，对大型高性能高精度低频空气弹簧隔振平台的需求也非常迫切。而要使隔振平台具有良好的隔振性能，一套完善的振动控制方法是必不可少的。本文是在空气弹簧隔振平台的基础上，研制出了一种高精度主动/被动混合隔振系统，该混合隔振系统可以弥补单独使用一种隔振方法的不足，进一步地提高了隔振性能。本文首先从隔振理论出发，对被动和主动隔振系统进行模型分析，分别建立单自由度的动力学方程。其中对主动隔振系统分别分析采用位移、加速度与速度反馈方式时系统的频率响应特性，总结了三种反馈方式的特点，为后续的仿真与实验研究提供了理论依据。针对空气弹簧隔振平台的特点，本文选取了响应快、位移和作用力较大的音圈电机作为作动器，传感器采用了分辨率高、通频带宽和测量范围广的941b型传感器。然后对主动/被动隔振系统进行了原理结构设计和软硬件设计。在主动控制设计中，控制算法设计是核心环节。文中通过理论分析和Simulink仿真，分别仿真采用PID控制、模糊PID控制的隔振效果，由仿真结果发现，当被控对象具有非线性、时变特性时，采用模糊PID控制隔振效果更好，自适应性强。最后对本文所设计的基于音圈电机的主动隔振系统进行了实验分析，采用PID控制算法搭建了主动隔振系统，并在隔振平台垂直方向上进行了主动控制实验。实验结果显示，在高频段，被动隔振系统有很好的振动隔离作用，但在固有频率附近隔离效果不佳，而主动隔振系统在固有频率附近有很好的隔振效果，弥补了被动隔振的不足。在地面干扰信号频率为0.5Hz至2Hz之间时，采用主动/被动混合隔振系时，隔振平台对地面振动传递率为12.4%至63.2%，其中在1Hz处传递率为12.4%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题背景及研究目的与意义  8-9
  1.2 国内外空气弹簧及振动控制技术的发展现状  9-15
    1.2.1 空气弹簧发展现状  9-10
    1.2.2 被动控制技术研究现状  10-11
    1.2.3 主动隔振技术发展现状  11-14
    1.2.4 主动控制中作动器技术研究现状  14-15
  1.3 课题主要研究内容  15-17
第2章隔振系统模型建立与分析  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 单自由度被动隔振系统模型分析  17-20
  2.3 主动隔振模型分析  20-27
    2.3.1 位移反馈模型  20-23
    2.3.2 速度反馈模型  23-25
    2.3.3 加速度反馈模型  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章隔振系统原理结构与设计  28-40
  3.1 引言  28
  3.2 控制系统原理结构  28-29
  3.3 被动控制系统设计  29-34
    3.3.1 被动控制系统原理结构  30-31
    3.3.2 嵌入式控制器  31-32
    3.3.3 被动控制系统软件设计  32-34
  3.4 主动控制系统设计  34-39
    3.4.1 主动隔振系统原理  34-36
    3.4.2 主动控制硬件选型与分析  36
    3.4.3 音圈电机作动器分析  36-38
    3.4.4 主动隔振系统软件设计  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章主动隔振系统控制算法设计与仿真  40-55
  4.1 引言  40
  4.2 PID 控制算法  40-47
    4.2.1 PID 控制原理  40-41
    4.2.2 模拟 PID 控制器的离散化  41-42
    4.2.3 单自由度主动隔振系统 PID 控制仿真  42-47
  4.3 模糊 PID 控制  47-54
    4.3.1 模糊 PID 控制基本原理  48
    4.3.2 控制器的输入和输出变量模糊化  48-49
    4.3.3 模糊 PID 控制仿真研究  49-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章实验分析  55-61
  5.1 引言  55
  5.2 实验内容  55-56
  5.3 实验结果与分析  56-60
    5.3.1 速度反馈主动隔振效果  56-59
    5.3.2 绝对位移反馈主动隔振效果  59-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-67
致谢  67

基于嵌入式系统高精度隔振平台主动控制方法研究

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