基于VCM的低频主动隔振系统的分析与实现

随着微/纳米加工、测量对环境稳定性要求的进一步提升,实用的精密、低频隔振技术显得日益重要。本文从基于VCM的低频主动隔振系统的动力学模型和隔振对象的位移频响函数出发,借助Matlab软件分析、仿真了隔振对象的质量、音圈电机与隔振对象的质量比以及音圈电机的阻尼比对主动隔振系统的影响。并介绍了该低频隔振系统的驱动硬件和控制软件的设计。     

基于遗传算法的复杂双层磁悬浮精密隔振系统LQR控制研究

主被动结合混合隔振技术能充分利用主被动隔振的各自优势,是精密隔振的研究热点。磁悬浮隔振技术具有无接触、无摩擦、寿命长、支承参数可控可调等特点,在主动精密隔振领域内得到广泛研究。设计磁悬浮主动隔振器并将其应用到被动精密隔振系统组成复杂双层磁悬浮精密隔振系统,建立了其动力学方程,推导出了相应系统的状态方程,提出了一种基于最小加速度响应的LQR主动隔振控制策略,并采用遗传算法进行优化,得到Q与R矩阵的值,并进行仿真研究。仿真结果表明:在不同的激励下,复杂双层磁悬浮精密隔振系统较被动隔振系统,隔振效果都有显著提高。     

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。     

综合大质量偏心与弹簧横向刚度超静主动隔振平台动力学解耦控制研究

针对载荷大质量偏心和弹簧横向刚度诱发超静主动隔振平台多自由度动力学耦合问题，研究隔振平台动力学耦合特性和解耦隔振控制方法。首先，综合载荷质量偏心和弹簧横向刚度的影响建立主动隔振平台多自由度耦合动力学模型。随后，根据所建立的模型分析动力学耦合下主动隔振平台的扰动传递特性，推导耦合谐振频率与弹簧刚度、载荷质量偏心之间的解析关系。最后，给出模态空间下隔振平台动力学解耦控制方法，开发基于音圈电机的主动隔振实验平台，通过实验验证动力学模型的准确性和模态解耦隔振控制方法的有效性。     

船舶动力机械双层混合隔振系统非线性动力学特性研究

以船舶动力机械的安装特性为背景,提出了以空气弹簧作为被动隔振元件、超磁致伸缩作动器作为主动隔振元件的船舶动力机械双层混合隔振系统。在第一压磁理论和Stone-Weierstrass定理的基础上,建立了该隔振系统的非线性动力学模型。通过数值仿真,研究了该系统中非线性参数与幅频特性的关系;分析了超磁致伸缩作动器的励磁电流对隔振效果的影响。     

基于Stewart平台的空间光学仪器主动隔振系统研究

随着空间光学仪器的精度不断提高,对航天器产生的振动干扰变得更加敏感,必须对其进行振动控制。以压电陶瓷杆作为激励器,采用立方Stewart平台的结构形式对六自由度主动隔振系统进行研究,分别以被动、单层主动和双层复合反馈控制分别对单杆建立动力学模型,并且对六自由度系统进行系统级建模分析。分析结果表明,采用双层前馈和反馈复合控制的策略系统隔振性能较好,有效隔振频段范围更大。     

内燃动车动力总成隔振性能分析

大功率柴油机产生的宽频带振动,双层隔振系统具有良好的高频隔振能力,已在船舶等领域得到了应用。但在中、高速柴油机的内燃机车等领域,国内对于双层隔振系统的应用研究很少。结合国内首次研制的某型内燃动车动力总成系统,对双层隔振系统的隔振性能进行了仿真和实验研究。首先采用理论计算和实验识别结合的方法确定了作用在柴油发电机组上的激振力（矩）特性;然后建立了双层隔振系统多体动力学模型,通过仿真计算,求得了理论力传递率;最后进行了双层隔振系统力传递率测试,获得了双层隔振系统实际力传递率,其力传递率明显低于单层隔振系统。对于双层隔振系统设计和工程应用有一定的参考。     

基础与筏体弹性对双层隔振系统冲击响应的影响

综合采用多刚体动力学、结构动力学、动态子结构理论,同时考虑筏板和基础的弹性,建立一个双层隔振系统的动力学新模型,编程计算了筏板、基础板取不同阶模态时系统的固有频率,并通过与有限元计算结果对比,验证理论模型的正确性。采用数值仿真方法,分析基础与筏体弹性对双层隔振系统冲击响应的影响。仿真结果表明,隔振系统的合理建模可在保证计算精度的基础上,减少分析计算的工作量,有关结论可为工程实践中双层隔振系统的计算与分析提供参考。     

柔性耦合隔振系统主动控制方法的仿真研究

针对柔性耦合主动隔振系统,本文采用阻抗/导纳方法和矩阵传递法相结合的方法,建立了包括被隔离设备、电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的柔性耦合系统的数学模型。并在此基础上,应用线性二次型高斯控制方法(linear quadratic Gaussian,LQG)对隔振系统进行了主动控制器的设计,最后通过仿真证明了控制方法的有效性。     

磁悬浮支承双层隔振系统的半主动模糊隔振控制

设计了磁悬浮支承单元结构,并将其应用于双层隔振系统中。根据该结构和磁悬浮支承与双层隔振的特征,建立了半主动输出反馈的模糊控制器,通过调节磁悬浮支承单元的电流,改变磁力从而获得系统的最佳刚度。仿真分析该半主动控制双层隔振系统与最优被动双层隔振系统在相同复杂信号激励下输出力曲线。另外,还仿真分析了在冲击激励下,系统的输出力曲线。结果表明,半主动输出反馈模糊控制下的磁悬浮支承双层隔振系统的隔振效果与抗冲击特性优于常规最优被动隔振。     

超精密机床的主动隔振系统研究

本文以ＨＣＭ－Ｉ型亚微米超精密车床为研究背景,在分析了机床结构与振动的基础上,建立了机床主动隔振系统的力学模型。通过几种作动器的性能对比选择了磁致伸缩作动器为执行器。通过反馈控制分析和实验,表明：采用主动隔振可以明显提高机床减振性能,尤其对低频隔振效果较好。     

磁悬浮主被动隔振系统自适应控制及非线性补偿

 In order to effectively control the low frequency vibration of ship machinery,a passive-active hybrid vibration isolation mount using maglev actuator was designed. Maglev actuator is excellent for active vibration isolation, with non-contact structure, low stiffness and rapid response. However, the actuator’s nonlinearity has to be restrained by control algorithm. The nonlinearity of maglev actuator was analyzed, the nonlinear reverse model of actuator was built through theoretical analysis and experimental correction, and an improved FxLMS algorithm based on reverse model linearization and frequency range division control was put forward, which has the advantage of low computation load for real time control. Experiments were performed on a multiple-DOF active vibration isolation system, results show that the improved FxLMS algorithm could effectively reduce the vibration energy at targeted frequency, and well restrain the nonlinearity-induced vibration.  

      

新型高效电磁反力作动器的设计

针对发动机振动主动控制系统设计了一种高性能电磁反力作动器。首先简单介绍了作动器的设计要求以及结构原理,接着对作动器的磁场进行了近似计算,并将作动器的力传递模型简化为单自由度振动系统,计算了作动器的作动力。最后通过Simulink软件对其作动力进行了仿真,并以正弦信号输入对作动器的作动力进行了性能试验。结果表明作动力大,作动器性能良好,这对发动机振动主动控制系统的实现以及开展其他主动控制系统的研究具有非常重要的意义。     

柔性基础混合隔振系统建模与控制

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建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行对比,在验证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。     

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。     

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。     

风洞模型支杆系统设计及振动主动控制

研究了悬臂梁支撑系统在强流场环境下的振动抑制问题,并且基于跨声速实验设备中的模型支杆实际振动情况,采用压电陶瓷作为执行器设计了一套抑振器系统。对模型支杆进行了设计,对抑振器的轴向及周向安装位置进行了优化,以获得最佳的抑振器输出性能。基于PD控制算法,搭建了一套实验室模拟系统,在模型自由端施加加速度振幅为0.5 g,1.3 g,2 g的激励,实验结果表明,剩余振幅比为12%,10%,26%,取得了很好的振动抑制效果。     

主动隔振作动器刚度放大与控制误差分析

研究了主动隔振系统中作动器的刚度放大与控制误差问题。主动隔振系统中作动器的刚度应与其负载刚度相匹配,如果负载较大或者作动器刚度较小,可以利用作动器与小刚度弹簧串联的方式放大输出刚度。分析了控制器的输出误差均匀分布时主动隔振系统的隔振性能,分析表明,对作动器刚度放大时,需要同时提高控制器的相对精度与作动器的行程才能保证原有的隔振效果,作动器的输出刚度与控制器相对精度、作动器的输出行程两参数具有等效性与替代性。这为设计主动隔振系统时控制器与作动器在更广阔的范围内选择提供了依据。     

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．