六自由度主被动一体隔振平台的鲁棒控制

针对六自由度主被动一体隔振平台的关键技术开展了系统研究,具体内容包括控制系统的实验建模与控制器设计两大部分。根据实验辨识时的输入输出数据,利用最小二乘递推算法辨识出了系统的标称参数;考虑到实验建模的不确定性以及隔振控制的目的,应用基于H∞的混合灵敏度设计出了鲁棒控制器。最终实验表明主被动一体隔振平台不仅可以有效地隔离地基的干扰,还能对直接作用于平台的外力有较好的抑制作用。     

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。     

主动隔振与声辐射控制中的饱和抑制

摘要：讨论主动隔振中控制器输出饱和及其抑制对振动和声辐射控制的影响。首先给出流固耦合振动的时域建模方法,采用有限元/边界元方法建立流固耦合系统的振动方程,在建模过程中通过修正流体附加质量阵得到较准确的系统模型;然后在时域模型的基础上,给出基于自适应滤波的控制和输出饱和的抑制方法。采用由单自由度隔振模型和嵌于无限大障板的简支加筋板组成的耦合系统进行仿真研究,结果显示了饱和抑制方法能够显著地改善主动隔振与远场声辐射的控制效果。     

模块式主动隔振单元结构动力特性研究

 提出一种主动振动控制平台的模块式设计概念,采用有限元建模方法对自行设计的模块式隔振单元台体进行结构动力学方程建模,并利用动力学方程对该隔振单元进行简单开环主动振动控制的模拟,得出适当调整主动元件作动器的输出力可以有效控制隔振平台两个自由度方向振动的结论.通过对隔振单元振幅放大因子的研究,发现在隔振单元工作频带范围内没有出现其固有振动,因而对于大部分低于其固有频率的振动将采取主、被动隔振技术来完成.综合上述隔振单元动力特性的进一步分析,可知所建动力学模型能够较好地描述隔振单元的动力特性．     

基于立方体STEWART的微振动主动控制分析与实验

采用立方体结构隔振平台,它具有各向同性以及轴向运动解耦等特点。对立方体Stewart平台分别进行运动学和动力学分析,获得杆长与平台姿态的雅克比矩阵,揭示平台振动传递特性。采用压电叠堆为主动控制单元,设计立方体Stewart主动隔振平台,并通过实验测定平台主动杆在5~120Hz频带内的输出特性,通过实测数据修正理论分析得到的雅克比矩阵。结合Fx-LMS主动控制算法,对基础干扰进行主动抑制,实验结果表明,在5~120Hz范围内,对于单频干扰,平台可实现30 dB抑制效果。     

空间高微重力主动隔振系统加速度测量研究

为实现空间高微重力主动隔振系统的主动隔振性能,需要精确测量平台的振动。首先介绍采用线加速度计测量刚体线加速度和角加速度的动力学原理,给出加速度计配置时要满足的条件,然后提出两种六加速度计配置方式并给出加速度解算公式,着重分析了两种配置方式下加速度计的测量误差和安装误差对加速度解算精度的影响,给出了相应的误差模型和分析结论,这为加速度测量系统设计提供了依据。     

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。     

基于加速度各向同性的空间光学仪器主动隔振Stewart平台设计

为保证高精度空间光学仪器的仪器精度,采用主动隔振Stewart平台作为多维振动隔离系统。基于加速度各向同性定义,考虑负载的质量几何特性,推导了加速度各向同性的解析数学表达式,揭示了各向同性、机构结构以及负载特性之间的联系,给出了柔顺中心的数学表达式以及各向同性Stewart平台的特征不变量。为降低系统非线性及耦合影响,提出以运动正交、加速度各向同性为指标的主动隔振Stewart平台设计,建立了生成一类加速度各向同性隔振Stewart平台的设计方法     

冗余六自由度并联隔振平台多维隔振性能研究

隔振平台能够抑制动载设备在转场运输及工作过程中受到的各种振动冲击,使其保持最佳的使用寿命和工作精度;针对应用于动载设备的隔振平台存在着负载质量轻、隔振维数少以及低频隔振效果不佳等问题,提出了一种液压冗余式、主被动复合支撑的六自由度并联隔振平台,结合并联隔振平台参数化的主被动混合隔振数学模型和模糊PID复合控制算法,针对...     

基于压电堆和粘弹性材料的新型整星混合隔振系统

摘　要：为了降低振动载荷对卫星的影响,采用压电堆和粘弹性材料作为主被动隔振元件,设计一种新型的整星混合隔振系统,并对其隔振原理进行理论分析。通过有限元方法建立该隔振系统的有限元模型并分析其频率响应特性,根据分析结果,运用特征系统实现算法获取系统的最小阶状态空间模型来设计控制器,完成离线仿真。在此基础上,对低柔性模拟卫星进行整星混合隔振试验。仿真和试验结果表明,整星混合隔振系统能够有效地降低运载火箭传递到卫星的振动载荷。与整星被动隔振系统相比,整星混合隔振系统对低频振动分量具有显著的抑制作用,证明了该隔振系统的可行性和有效性,大大提高了卫星的安全性和可靠性。     

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...     

Verification of the Microgravity Active Vibration Isolation System based on Parabolic Flight

The Microgravity active vibration isolation system (MAIS) is a device to reduce on-orbit vibration and to provide a lower gravity level for certain scientific experiments. MAIS system is made up of a stator and a floater, the stator is fixed on the spacecraft, and the floater is suspended by electromagnetic force so as to reduce the vibration from the stator. The system has 3 position sensors, 3 accelerometers, 8 Lorentz actuators, signal processing circuits and a central controller embedded in the operating software and control algorithms. For the experiments on parabolic flights, a laptop is added to MAIS for monitoring and operation, and a power module is for electric power converting. The principle of MAIS is as follows: the system samples the vibration acceleration of the floater from accelerometers, measures the displacement between stator and floater from position sensitive detectors, and computes Lorentz force current for each actuator so as to eliminate the vibration of the scientific payload, and meanwhile to avoid crashing between the stator and the floater. This is a motion control technic in 6 degrees of freedom (6-DOF) and its function could only be verified in a microgravity environment. Thanks for DLR and Novespace, we get a chance to take the DLR 27th parabolic flight campaign to make experiments to verify the 6-DOF control technic. The experiment results validate that the 6-DOF motion control technique is effective, and vibration isolation performance perfectly matches what we expected based on theoretical analysis and simulation. The MAIS has been planned on Chinese manned spacecraft for many microgravity scientific experiments, and the verification on parabolic flights is very important for its following mission. Additionally, we also test some additional function by microgravity electromagnetic suspension, such as automatic catching and locking and working in fault mode. The parabolic flight produces much useful data for these experiments.     

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。     

基于混沌粒子群算法的冰箱压缩机隔振优化设计

冰箱压缩机隔振系统的参数寻优问题关系到隔振成败,传统参数优化设计存在容易陷入局部最优和迭代发散问题。针对该问题建立压缩机4 点隔振的动力学模型,提出以隔振系统的6 自由度能量最大程度解耦为优化目、以4 点支撑的各向刚度为设计参数的系统频率离散分配优化方法,首次采用基于罚函数约束的混沌粒子群算法进行隔振参数寻优求解。结果表明,优化后隔振系统固有频率分配更加合理,主要方向解耦率得到显著提高。混沌粒子群算法克服传统序列二次规划法容易陷入局部最优的缺点,所得系统隔振效果优良,相对于遗传算法优化结果解耦程度更高。动力学仿真分析验证所提优化方法的合理性和有效性。     

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。     

六自由度微动隔振平台的物理参数辨识

针对六自由度隔振平台的物理参数辨识问题,根据支撑空气弹簧力学特性简化后六自由度间的耦合关系,并考虑到测试隔振系统的传递函数时需要用到待辨识的平台垂向重心位置参数,提出一种基于单点激励法的频响函数分组测试、垂向重心位置迭代辨识和各子系统物理参数分别辨识的方法,有效地解决垂向重心位置未知的平台物理参数辨识问题。在此基础上分析各子系统激励自由度的选择依据,并通过实验辨识隔振平台系统的物理参数。     

纯电动客车振动试验分析及动力总成隔振优化

汽车电动化使动力总成的振动噪声特性发生很大变化,带来了新的NVH问题,作为短途客运主要运输工具的纯电动客车尤为明显。针对某纯电动客车在行驶中存在振动较大的问题,结合实车试验与理论仿真,研究其振动传递特性及隔振优化。首先,基于LMS Test.lab振动噪声测试平台,采集了车内地板与底盘关键点的振动信号进行振动试验分析,根据车内地板振动响应特性对18条振动传递路径进行振动贡献量分析,求解出各个传递路径对车内目标点振动的贡献量,确定振动的主要贡献路径。其次,根据传递路径分析结果,针对主要贡献路径上的减振关键环节(动力总成悬置)进行隔振性能分析,结果显示电机动力总成悬置系统较差的隔振性能是引起车内振动过大的主要原因。为此,进一步建立了六自由度动力总成优化模型,采用多岛遗传优化方法对悬置系统参数进行优化匹配设计。结果表明,悬置系统的隔振性能获得了显著提升,车内振动过大问题得到有效解决。     

六自由度耦合隔振系统建模及工程应用

在隔振系统中,单个隔振对象具有相互耦合的六个自由度,隔振材料的布置位置可任意更改。为此,在小幅振动的条件下,根据六自由度耦合隔振物理模型,推导出隔振系统刚度矩阵、阻尼矩阵与隔振材料几何参数矩阵与物理参数矩阵之间的关系。并通过状态空间分析方法编写了相应的数值算法程序,能够应用到具体实例中,具有一定的工程意义。     

新型车载医疗救护隔振平台设计及仿真

车载医疗救护隔振平台是一种以车辆为载体的伤病员专用救护装备。为了最大程度地避免伤病员在运送中因车辆振动而造成的二次伤害,获得最佳减振效果,设计了一款新型车载医疗救护隔振平台,它具有大长宽比、多层串联的结构特点。为了获得该平台的关键隔振参数,建立了隔振平台的物理模型,并采用基于分析力学的拉格朗日法建立了平台的状态方程,应用MATLAB软件对在典型激励作用下的隔振参数进行了优化,得到了最优的平台减振弹簧刚度和阻尼。最后,为了研究该新型隔振平台在车辆运行过程中的减振效果,建立了基于被动悬架的隔振平台全系统动力学模型,并采用ADAMS软件仿真分析了在斜坡路面和正弦起伏路面两种典型激励下的隔振平台的输出响应。结果表明,该隔振平台能够极大地衰减来自地面的冲击和振动,尤其对于恶劣路况,其减振效果更佳。该隔振平台结构及参数设计符合工程实际,所采用的优化方法和全系统建模及仿真方法正确、有效。