智能微位移主动隔振控制系统的研究

针对精密加工设备的微位移隔振问题,设计了一种以压电陶瓷为作动器的新型智能微位移主动隔振控制系统,在NI PXI数据采集系统和BK激振器的基础上,搭建了该系统的实验平台,提出将有源噪声控制理论应用到微位移振动的主动控制中,开发了在Lab VIEW软件环境下整个系统的数据采集和F-XLMS控制算法的控制程序,分别在正弦、扫频和随机激励信号下进行微位移主动隔振实验研究,结果表明三种激励信号受控后的振动位移大幅度降低,验证了该系统对微位移主动隔振的有效性,为精密仪器、微纳米设备的微位移智能主动隔振系统设计奠定了基础。     

基于Stewart平台微振动主动控制分析与实验

以压电棒为主动元件构建立方体Stewart隔振平台,采用基于DSP的数字控制系统和Fx-LMS自适应算法进行振动控制。对输入输出通道辨识方法和主动控制模块进行测试,并给出隔振平台隔振效果验证。实验结果表明,对于10 Hz~100 Hz范围内的单频干扰,可实现24 d B以上抑制效果,对于双频干扰,也具有良好的控制效果。     

小型航天器微振动主动控制平台建模与仿真

为克服动量轮等旋转装置微振动对航天器指向精度等影响,制作连接旋转装置及星体的小型微振动主动控制装置,通过四个主动压电折叠梁实现微振动主动控制;利用有限元理论建立微振动主动控制平台及旋转装置动力学模型并进行动力学性能分析;使用线性二次Gauss（LQG）方法设计控制率,对控制系统在正弦激励及初始位移两种载荷工况下的主动控制效果仿真研究。结果显示此微振动主动控制平台能有效抑制系统振动。     

用于微振动控制的主动隔振单元的研究

利用空气弹簧低频减振特性良好的特点,提出了一种用于微振动控制的主动隔振单元,并利用该隔振单元构建了6自由度减振平台系统,建立了系统的运动微分方程式,并对系统在最优控制下的性能进行了仿真和实验研究,结果表明:所提出的主动隔振单元构建的减振平台减振效果高达了20 d B左右,不仅对中高频扰力具有良好的隔振效果,而且对低频和超低频扰力能进行有效的隔振,对精密制造和测量具有很重要的意义。     

高精密厂房中高精密平台控制仿真模拟

为进一步提高高精密厂房中平台的隔振效果,在平台控制中考虑超磁致伸缩作动器的非线性特性对多自由度平台混合控制系统产生一定的制约作用,因此将四个超磁致伸缩作动器模型植入混合控制系统进行设计。首先建立一个以空气弹簧和超磁致伸缩作动器为基本元件的多自由度微振动混合控制系统,然后利用Jiles-Atherton模型的概念建立超磁致伸缩作动器的非线性及其逆补偿模型,并将所建立的作动器模型与多自由度微振动控制系统结合。最后对基于作动器模型的混合控制系统与被动控制系统下的高精密平台响应进行对比分析,取得较好的控制效果,为其在实际工程应用中提供可靠的理论依据。     

超精密装置PID振动控制系统的仿真研究

 在仿生啄木鸟头部独特生物构造和隔振机理的基础上，采用主动隔振技术建立了超精密装置隔振系统结构及动力学模型． 结合超精密装置隔振系统的结构特点和性能要求，采用闭环PID主动控制系统，用Matlab软件进行了仿真分析．仿真分析结果表明，该振动控制系统宽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、超精密制造设备的隔振领域．     

超磁致伸缩作动器用于振动主动控制中的仿真研究

目前对于太阳和地球引力变化引起的微振动，采用先进的主动控制能达到高精度的隔振要求。主要是推导并建立了超磁致伸缩作动器（GMA：Giant Magnetostriction Actuator）的动力学方程和数学模型，并将其运用到振动主动控制中，采用PID（Proportional-Integral-Differential）反馈控制方法，对双层隔振下层受到激扰的系统进行仿真计算，仿真结果表明它能对微幅低频振动衰减20-50dB，能起到明显的减振效果。     

卫星控制力矩陀螺微振动抑制装置的动力学建模与实验研究

为了隔离卫星主要振源控制力矩陀螺的微振动,给航天器有效载荷提供超静工作环境,基于松弛型阻尼器,设计了控制力矩陀螺六自由度微振动抑制装置,完成了隔振平台的动力学建模和实验研究。使用牛顿-欧拉法建立了微振动抑制装置的动力学模型,分析了微振动抑制装置在基础激励下的频域特性和隔振系统的耦合特性;搭建了微振动抑制装置实验平台,并且进行了垂向隔振实验,给出了激励幅值对隔振系统隔振性能影响的实验研究。结果表明,实验和理论结果吻合,采取的松弛型阻尼器,能够使隔振系统在共振频率附近放大不超过10 dB,并在控制力矩陀螺主频振动处减振效果超过30 dB,微振动抑制装置可以有效隔离控制力矩陀螺在轨运行期间产生的微振动。     

精密机床的模糊PID主动隔振系统研究

针对外界振动影响精密机床加工精度的问题,在二级隔振系统的基础上,采用超磁致伸缩作动器作为执行机构,建立系统的动力学模型。根据精密机床的加工工况复杂多变的特点,提出采用模糊PID控制方法对机床的振动干扰进行主动控制。通过MATLAB/Simulink搭建隔振系统的仿真模型,分析比较被动隔振、采用PID控制和引入模糊PID控制时的隔振效果。仿真结果表明,模糊PID主动隔振系统具有更好的隔振效果,其相对被动隔振的稳定时间短,对低频干扰信号的隔离效果好;相对PID控制对系统参数变化的适应性强。     

一种VSSFxLMS算法及其在多自由度微振动控制中的应用

FxLMS算法常用于自适应振动控制研究领域,其固定步长导致不能同时获得快的收敛速度和小的稳态误差。针对多自由度压电结构振动主动控制,提出一种改进VSSFxLMS振动控制算法,通过利用反余切函数的特性优化算法步长的迭代规律,有效提升算法对于噪声干扰的鲁棒性,并给出该算法的动态性能与稳态性能分析。以压电结构微振动多通道控制为目标,在ADAMS软件中建立结构微振动主动控制仿真模型,通过与SIMULINK联合仿真观察振动控制算法实施效果。构建了基于压电堆作动器的多自由度主动隔振结构,以及相关测控单元与实验系统,进行了结构微振动主动控制实验与结果分析,验证了所提出振动控制算法的良好控制效果和鲁棒性。     

基于主动阻尼的屈曲梁准零刚度隔振技术研究

准零刚度(QZS)隔振系统具有高静刚度-低动刚度的特性,能够对低频振动进行有效抑制,而主动阻尼能够显著降低系统的共振峰值同时保持系统高频传递特性不变。因此,将准零刚度隔振系统与主动阻尼相结合,可以有效提升系统的超低频隔振性能。以屈曲梁准零刚度隔振器为研究对象,基于系统动力学模型,引入主动阻尼控制策略,通过理论分析研究了主动阻尼对屈曲梁准零刚度隔振系统传递率的影响,并利用SIMULINK工具开展扫频、正弦和随机扰动条件下的屈曲梁准零刚度-主动阻尼隔振系统仿真研究。仿真结果表明:在超低频段(≤0.1 Hz)该系统能够产生8~32 dB的隔振效果;在高频段(≥10 Hz)隔振效率不低于36 dB,且对随机扰动响应的隔振效率为36 dB。     

主动隔振系统中功率流的最优化控制策略

用功率流指标描述主动隔振系统中能量的传输,以传轾到接受体的功率流量小为最优化控制目标,推导主动隔振系统中功率流传递的最优控制表达式,提出了ＳＭＲ主动隔振模型基于功率流的最优化控制策略。针对工程实际中的柔性安装问题,对四边简支矩形薄板的主动隔振进行了研究。     

亚微米超精密车床振动的神经网络控制

提出了以空气弹簧和为被动隔振元件,神经网络控制的电磁作动器作为主动隔振元件的隔振系统,分析了以相对位移、等作为反馈变量条件下的系统振动传递率,证明了主、、被动隔振相结合的隔振系统于超精密度床的有效性。     

基于干扰观测的切换控制方法在主动隔振中的应用研究

针对振动主频大范围、快速变化，并伴有大量宽频干扰和噪声的复杂振动环境，结合干扰观测器，改进了多模型切换方法（MMST）进行主动隔振（AVI）。避免了对整体系统的建模和辨识，设计了新的切换指标函数，减轻了计算负担。最后通过模拟仿真验证了该控制方法的可行性和优越性能。     

频域加权的LQG振动主动控制实验研究

针对实际工程领域中存在的伴有大量宽频干扰/噪声的复杂振动环境,直接影响了常规振动主动控制(AVC)的性能甚至稳定性。本文提出了频域加权的线性二次高斯型(LQG)控制方法,实现对特定振动主频重点衰减的同时,保证宽频域的干扰/噪声控制作用。最后利用压电陶瓷贴片的悬臂梁,振动主动控制试验验证了该方法的有效性。     

楼板系统振动的多输入多输出主动优化控制

轻质楼板系统易受居住者步行、跳舞和有氧运动之类活动激励产生人体不适的振动。如何使用多个激励器、传感器即多输入多输出控制策略抑制楼板振动是一个新挑战,也是近年来国内外研究热点。本文建立起一个新的适于楼板振动控制的多输入多输出主动优化控制策略与算法,可同时优化确认激励器/传感器对的放置位置与每个通道的反馈增益;提出一个新颖的综合性评价性能指标PI,不仅包含楼板系统振动能量,而且包含输入的控制能量,对该指标最小化,不仅实现系统振动能量的最小化,而且实现输入能量的最小化,这将带来激励器经济可行的实现。模拟计算结果表明,提出的新控制策略及其算法能十分有效、快速地抑制楼板系统振动响应。     

基于3-RPC并联机构的三维振动隔离系统的动力学建模与控制研究

基于车体振动的特点提出一种应用于车载设备的三维隔振系统,建立了该系统的半主动模糊最优控制模型,并通过实验验证了该多维隔振系统的性能。该系统通过使用磁流变(MR)阻尼器与弹簧组成的隔振子系统代替3-RPC(旋转副-平移副-螺旋副)并联机构中的驱动器实现空间三维振动隔离。控制模型结合了H∞状态反馈控制方法和MR阻尼器的工作原理得到阻尼器的可输出控制力,并通过模糊模型计算得到MR阻尼器的输入电流。设计制造了一套振动隔离实验平台,并采用正弦信号和随机信号进行振动实验完成了对平台的隔振性能的验证。通过测量上平台的振动加速度表明此隔振系统具有良好的隔振效果。     

自适应控制算法在振动主动控制中的应用

通过试验研究主动控制振动传递的效果。采用频率在线估计和跟踪滤波的自适应控制方法,将以分量型式抑制谐波干扰引起的振动。在控制过程中,通过递推计算进行频率估计,用中心频率随动的带通滤波器进行信号跟踪,并在基本LMS方法的基础上形成自适应控制器。建立了多点控制试验台,实施跟踪滤波的自适应对消。结果表明：自适应方法能够很好地抑制谐波干扰的影响;对于多点隔振,控制通道之间存在强烈耦合作用,整体隔振效果与被控结构的振动模态相关。     

柔性基础混合隔振系统建模与控制研究

实际的混合隔振系统一般由刚体振源、弹性安装基础以及连接它们的隔振器、作动器构成,是一个复杂的具有刚柔耦合特性的无限维分布参数系统。为了兼顾系统建模的准确性和控制器设计的方便性,采用子结构模态综合法对柔性基础混合隔振系统进行了建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行了对比,在验证了模型有效性的基础上,基于修正的独立模态控制算法对混合隔振系统进行了控制设计和仿真分析,结果表明设计的混合隔振系统能够有效地减小基础的振动响应,且隔振效果优于被动隔振系统。