精密隔振平台微振动的H∞控制

设计了一个精密隔振平台6自由度微振动控制系统.该系统以4个空气弹簧作为被动隔振元件,8个超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件.4个垂直方向致动器与空气弹簧平行安装,以充分发挥超磁致伸缩致动器的性能.采用H∞控制算法来设计振动主动控制系统.应用Matlab软件进行了仿真分析以验证系统的振动控制效果.仿真结果表明所设计的振动主动控制系统能在较宽的频率范围对地基干扰具有很好的控制效果.     

精密隔振平台振动的模糊控制

采用混合隔振技术建立了以空气弹簧作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件的精密隔振平台隔振系统，并采用模糊控制理论设计其主动控制器。应用MATLAB软件进行了仿真分析以验证系统的振动控制效果。仿真分析结果表明，该振动控制系统在较宽的频率范围内具有良好的减振效果，该系统可应用于超精密测量．制造设备的隔振领域。     

微制造平台微振动的H2/H∞混合控制

基于啄木鸟头部生物构造及其仿生隔振机理 ,采用混合隔振技术建立了微制造平台隔振系统。该系统以空气弹簧和橡胶层作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件。针对 H2 最优控制和 H∞ 鲁棒控制的优缺点 ,主动控制器采用H2 / H∞ 混合控制进行设计 ,并通过 L MI凸优化方法求解 H2 / H∞ 混合控制器。仿真结果表明所设计的 H2 / H∞ 混合控制器具有良好的鲁棒稳定性和时域性能 ,可在非常宽的频率范围对基础干扰和由微制造设备产生的直接干扰所引起的微制造平台振动进行有效的控制 ,其振动控制效果明显优于 H∞ 控制     

多自由度平台微振动LQG最优控制

从理论分析和数值仿真两方面,对微振动隔振平台的结构设计及被动控制和主动控制相结合的混合控制系统进行了研究,建立了以空气弹簧为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器为主动隔振元件的多自由度混合隔振系统,及其动力学模型和控制系统模型,并利用最优控制理论和相关领域的最新研究成果,对其进行了仿真实验,结果表明所设计的LQG最优控制器能在基础干扰和直接干扰下,使平台在X方向的位移时程和速度时程的控制效果,明显优于被动控制。     

环境激励下设备平台微振动混合控制的研究

通过对隔振平台隔振特点的研究,采用主动隔振与被动隔振相结合的混合隔振技术,建立以空气弹簧为被动隔振元件、超磁致伸缩作动器为主动隔振元件的混合隔振系统;针对所设计的隔振平台系统在SIMULINK环境中进行PID控制仿真,并以被动隔振系统为比较对象,考察主动控制效果,并分析比较了考虑与不考虑厂房结构耦合时的控制效果;建立厂房及隔振平台系统的试验模型,进行结构模型试验。根据结构模型试验理论,设计并制作一个三层厂房及双层隔振平台模型,利用PID控制算法,测试系统的隔振效果,并将试验结果和理论分析、仿真结果进行对比分析。     

微制造隔振平台振动的模糊广义预测控制

采用主动隔振与被动隔振相结合的技术,建立以空气弹簧为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器为主动隔振元件的微制造平台6自由度隔振系统及其结构模型。提出一种改进的自适应广义预测控制算法,并与模糊控制结合起来,应用于微制造平台的振动控制中,实现广义预测控制与模糊控制的优势互补。计算机仿真与试验结果表明,所设计的微制造平台模糊广义预测控制系统具有良好的鲁棒稳定性、抗干扰能力和时域性能,可在非常宽的频率范围内将由干扰所引起的微制造平台的振动在被动隔振的基础上减少80%左右,效果显著。     

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。     

超精密隔振平台的广义预测控制系统仿真分析

超精密隔振平台振动控制系统是一个带不确定干扰的非线性系统。结合广义预测控制原理提出了一种计算机数字控制方法，该方法克服了一般线性状态反馈控制系统所存在的由于模型非线性和干扰引起系统控制精度变差的缺点。所设计的控制系统能够有效地抑制空气弹簧固有的非线性、超磁致伸缩致动器的磁滞和环境振动干扰。仿真结果表明，该方法使系统具有较好的鲁棒性和控制精度。     

微振动主动隔振系统的研究综述

为降低外界微米至纳米范围微振动干扰对精密装置的影响,并提高精密装置的运行精度,研制了微振动隔振平台,并将振动主动控制技术应用于隔振系统中。在明确了微振动定义的基础上,阐述了精密仪器所允许的振源速度标准;基于隔振理论,总结了单自由度和多自由度微振动隔振系统的结构特点;在此基础上,对主动隔振系统中的驱动器进行了总结;考虑到系统的动力学和驱动特性,对结构和驱动器的建模方法进行了论述;基于隔振率、隔振稳定性等指标,对反馈、前馈、复合和新型振动主动控制方法进行了评价;通过对传感驱动一体化、振动能量回收、智能控制技术的分析,预测了微振动主动隔振系统的未来发展趋势。研究成果表明:相比于被动隔振,主动隔振技术具有灵活、高效等优点,基于智能材料(如压电、磁致伸缩)的新型微振动隔振系统得到了广泛的应用,相应的迟滞建模和补偿控制成为了该领域的研究热点。     

基于LMI的超精密隔振平台控制系统设计

提出一种基于LM I(线性矩阵不等式)算法的超精密隔振平台控制系统设计方法。该方法将超精密隔振平台控制系统设计问题转化为一个具有线性矩阵不等式约束和线性目标函数的凸优化问题。由于在求解过程中,应用MATLAB软件中LM I工具箱使得上述问题的求解更加方便、直接。计算机仿真试验表明所设计的主动控制系统能在较宽的频率范围对基础干扰和直接干扰所引起的微制造平台振动进行有效的控制。     

微制造平台隔振系统仿生设计

在分析啄木鸟头部独特生物构造及其隔振机理的基础上，运用仿生学原理，采用主动隔振与被动隔振相结合的技术，建立了以空气弹簧为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器为主动隔振元件的微制造平台六自由度仿生隔振系统及其结构模型。实验结果表明，该隔振系统具有很好的隔振效果。     

基于类神经网络的磁流变主动振动控制研究

以类神经网络为基础进行磁流变主动振动控制,针对隔振系统自然频率与负载干扰记性振动抑制进行了研究,并分别利用回馈与前馈2种控制模式进行主动控制研究,其目的是为了降低系统自然频率共振与负载干扰的振动量。通过数值模拟与试验验证证实了运用类神经网络的主动控制抑制系统自然频率振动进行研究是可行的。     

复杂激励环境下精密隔振系统的振动传递率研究

在分析基础干扰单独作用下被动隔振系统和主动隔振系统振动传递率的基础上,定义了基础干扰和直接干扰同时作用的复杂激励环境下隔振系统的振动传递率概念,推导了复杂激励环境下被动隔振系统和主动隔振系统振动传递率的有关计算公式。系统研究了复杂激励环境下加速度反馈、速度反馈和位移反馈对隔振系统振动传递率的影响。     

双层隔振系统主动控制的建模与仿真

针对双层隔振系统多自由度耦合振动的特性,采用隔振对象与中间质量的相对位移作为检测量,提出了一种双层隔振主动控制系统模型,并在M atlab/S imu link中建立相应功能模块,完成了双层隔振主动控制系统的仿真分析。仿真结果表明:该模型可有效实施振动控制。     

Effectiveness of a passive-active vibration isolation system with actuator constraints

In the prediction of active vibration isolation performance, control force requirements were ignored in previous work. This may limit the realization of theoretically predicted isolation performance if control force of large magnitude cannot be supplied by actuators.The behavior of a feed-forward active isolation system subjected to actuator output constraints is investigated. Distributed parameter models are developed to analyze the system response, and to produce a transfer matrix for the design of an integrated passive-active isolation system. Cost functions comprising a combination of the vibration transmission energy and the sum of the squared control forces are proposed. The example system considered is a rigid body connected to a simply supported plate via two passive-active isolation mounts. Vertical and transverse forces as well as a rotational moment are applied at the rigid body, and resonances excited in elastic mounts and the supporting plate are analyzed. The overall isolation performance is evaluated by numerical simulation. The simulation results are then compared with those obtained using unconstrained control strategies. In addition, the effects of waves in elastic mounts are analyzed. It is shown that the control strategies which rely on tmconstrained actuator outputs may give substantial power transmission reductions over a wide frequency range, but also require large control force amplitudes to control excited vibration modes of the system. Expected power transmission reductions for modified control strategies that incorporate constrained actuator outputs are considerably less than typical reductions with unconstrained actuator outputs. In the frequency range in which rigid body modes are present, the control strategies can only achieve 5-10 dB power transmission reduction, when control forces are constrained to be the same order of the magnitude as the primary vertical force. The resonances of the elastic mounts result in a notable increase of power transmission in high frequency range and cannot be attenuated by active control. The investigation provides a guideline for design and evaluation of active vibration isolation systems.     

双层精密隔振平台的最优控制研究

将主动隔振技术应用到双层精密隔振系统中,设计双层主动隔振系统,建立其动力学方程和状态方程。根据精密制造和精密仪器的隔振需求,提出控制目标,建立系统的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)最优控制模型,利用Matlab/Simulink软件进行仿真分析,在不同激励下研究主被动系统隔振对象的加速度响应大小。仿真结果表明:双层主动隔振系统的隔振效果远远优于被动隔振系统。     

Active low-frequency vertical vibration isolation system for precision measurements

Low-frequency vertical vibration isolation systems play important roles in precision measurements to reduce seismic and environmental vibration noise. Several types of active vibration isolation systems have been developed. However, few researches focus on how to optimize the test mass install position in order to improve the vibration transmissibility. An active low-frequency vertical vibration isolation system based on an earlier instrument, the Super Spring, is designed and implemented. The system, which is simple and compact, consists of two stages: a parallelogram-shaped linkage to ensure vertical motion, and a simple spring-mass system. The theoretical analysis of the vibration isolation system is presented, including terms erroneously ignored before. By carefully choosing the mechanical parameters according to the above analysis and using feedback control, the resonance frequency of the system is reduced from 2.3 to 0.03 Hz, a reduction by a factor of more than 75. The vibration isolation system is installed as an inertial reference in an absolute gravimeter, where it improved the scatter of the absolute gravity values by a factor of 5. The experimental results verifies the improved performance of the isolation system, making it particularly suitable for precision experiments. The improved vertical vibration isolation system can be used as a prototype for designing high-performance active vertical isolation systems. An improved theoretical model of this active vibration isolation system with beam-pivot configuration is proposed, providing fundamental guidelines for vibration isolator design and assembling.