磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法与试验研究

针对磁悬浮飞轮不平衡振动会造成飞轮系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度的问题,提出一种开环轴承力补偿的磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法。将抑制轴承力中的同频量作为控制目标,通过建立含有不平衡量的磁悬浮飞轮系统动力学模型,分析刚性转子不平衡量的特性,在自适应陷波器基础上,加入位移刚度力补偿机构、开闭环控制和位移刚度力补偿控制两个作用开关,在整个转速范围内对轴承力中的同频量进行抑制。本方法特别适合磁悬浮飞轮输出姿态控制力矩时频繁穿越临界转速的特点,尤其适合磁悬浮反作用飞轮的应用。仿真分析和试验结果表明,本方法在整个转速范围内对飞轮转子的不平衡振动起到很好的抑制效果。     

主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统振动主动控制

针对主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统的不平衡振动控制,提出一种基于最小均方误差(LMS)的自适应变步长算法实现全工作转速范围内的振动控制方法.在标准LMS算法的基础上采用一种新的步长因子迭代公式,基于该步长因子下的LMS算法实时识别转子位移信号中与转速同频的振动分量,在位移信号进入控制器之前,通过反馈对这一分量进行不平...     

基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度,本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法.首先,对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承-转子系统进行建模;接着,设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩;然后,利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号,降低观测器的阶数;最后,将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿.仿真和试验结果均表明,设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测,通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,减少了72％的同频振动.     

重复控制在磁悬浮高速转子振动抑制中的应用

针对高速磁悬浮电机磁轴承的不平衡振动问题,分析了磁悬浮电机转子不平衡振动的周期性特性,建立了磁轴承不平衡力模型,提出了一种用于抑制高速磁悬浮电机磁轴承不平衡振动的插入式重复控制器,对闭环系统的稳定性、稳态性能和干扰抑制能力进行了分析,并进行了仿真和实验验证。在4kW磁轴承电机上进行的实验结果表明,该重复控制器有效地抑制了转子的不平衡振动,在10kr/min的转速下,转子x,y向位移峰峰值分别减小了33%和37%,转频处转子x,y向位移振动峰值分别减小了42.1%和45.4%,有效提高了磁悬浮轴承的控制精度和稳定性。     

适应于飞轮储能系统的主动磁悬浮轴承专家控制方法研究

针对电磁力支撑的轴承转子因加工精度影响存在不平衡及定子线圈缠绕不均匀,导致相同PID控制参数不同转速下,支撑效果不一的问题,提出一种应用于主动磁悬浮轴承的分工况智能PID专家控制方法,使主动磁悬浮轴承控制系统具备一定抗干扰和抗积分饱和的能力。根据主动磁悬浮轴承的工作特点,将其转速分成若干区间,对每一个区间参数预整定,通过专家控制方法实现对控制器参数在线修正。以600Wh飞轮储能径向磁悬浮轴承为实验对象,提取的转子轴心轨迹表明:由于在控制器设计时考虑了转子不平衡和定子缠绕不均对系统的影响,系统具有较好的动态和静态特性的同时提高了系统抗干扰能力。     

磁悬浮转子不平衡振动控制研究综述

在磁悬浮转子不平衡振动控制的相关研究基础上,阐述了磁悬浮转子不平衡振动的产生原因、控制原理以及处理方法,讨论了基于轴承电磁力最小和转子振动位移最小这2种控制策略的不平衡振动控制方法,并介绍了该技术在旋转机械中的典型应用案例,最后展望了磁悬浮转子不平衡振动控制研究的未来方向.     

主动磁悬浮轴承系统拍振现象分析

振动分析是研究主动磁悬浮轴承(Active magnetic bearings,AMB)系统的一个重要部分,但是目前结合控制器以及动态不平衡响应建立的系统数学模型相对较少.通过对高速主动磁悬浮轴承转子系统受力分析,参考所使用的不完全微分PID控制器的频率特性对AMB广义动刚度的影响以及对转子动态不平衡激励响应的影响,建立径向子系统的力学振动方程.通过此振动方程的解,得出AMB系统存在的振动形式.一种是由于系统固有频率存在而产生的自由振动,另一种是由于不平衡响应存在而产生的简谐振动,并解释当两种振动频率相近时系统所产生的拍振现象.通过调节控制电流主动控制作用,可以改变磁悬浮轴承广义动刚度,进而改变系统固有频率,最终起到减弱拍振现象作用.仿真和试验能够验证拍振现象以及改变主动控制作用后的减振效果.此力学模型可为AMB系统不平衡振动补偿算法研究提供仿真平台.     

主被动磁悬浮转子的不平衡振动自适应控制

针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生的不平衡振动,提出了基于滑模观测器和陷波器的主被动磁悬浮转子不平衡振动自适应控制方法。该方法采用滑模观测器使同频振动的控制不受磁轴承的刚度参数摄动和磁力耦合的影响,将滑模观测器与陷波器结合,无需区分电流刚度力和位移刚度力,无需设计算法补偿功率放大器的影响,可自适应消除不平衡振动。对该方法进行了仿真和实验验证。仿真结果显示该方法可使同频轴承力大幅减小;实验结果显示,虽然主被动磁悬浮转子的被动轴承不可控,同频振动仍由0.053g减小为0.012g,减小了77%。得到的结果表明,该方法不仅适用于主被动磁悬浮转子,也适用于全主动磁悬浮转子。     

磁悬浮飞轮新型锁紧装置的振动测试与分析

为了检验新型可重复锁紧装置在卫星发射主动段对磁悬浮飞轮的保护效果,采用三轴正弦扫频振动和随机振动模拟发射振动工况对其进行振动测试实验.提出了基于电涡流位移传感器的转子振动位移检测方法,以及基于扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,简称SEM)和能量色散谱仪(energy dispersive spectroscopy,简称EDS)的锁紧接触面形貌分析方法,对锁紧装置的宏观、微观保护效果进行评估分析.振动测试结果表明,飞轮转子最大振动位移为45μm,小于100μm的飞轮保护间隙,锁紧装置对飞轮起到了有效的保护作用.微观分析则揭示出,锁紧接触面内存在脆性断裂和疲劳断裂两种微动磨损机制,并伴有氧化反应发生,可以采取徽动抑制措施进一步改善锁紧保护效果.     

基于FPGA的磁悬浮飞轮用自修复磁轴承控制器的设计

磁悬浮飞轮是卫星等航天器高精度姿态控制的执行机构,磁悬浮飞轮的空间应用需要可靠性高、适应性好的实时控制器。FPGA可靠性高、接口灵活,非常适合空间系统的开发应用。本文利用片上软硬件系统设计的思想,提出了一种基于FPGA和LEON软处理器的磁轴承数字控制器,并搭建了实验平台验证了系统实际性能。然后,又提出了一种基于PFGA的自修复磁轴承控制器,这种控制器可以理论上可以大大提高系统的可靠性。     

Finite element based model predictive control for active vibration suppression of a one-link flexible manipulator

This paper presents a unique approach for active vibration control of a one-link flexible manipulator. The method combines a finite element model of the manipulator and an advanced model predictive controller to suppress vibration at its tip. This hybrid methodology improves significantly over the standard application of a predictive controller for vibration control. The finite element model used in place of standard modelling in the control algorithm provides a more accurate prediction of dynamic behavior, resulting in enhanced control. Closed loop control experiments were performed using the flexible manipulator, instrumented with strain gauges and piezoelectric actuators. In all instances, experimental and simulation results demonstrate that the finite element based predictive controller provides improved active vibration suppression in comparison with using a standard predictive control strategy.     

基于频域整形的电磁轴承最优控制

针对电磁轴承刚性转子的不平衡振动，提出基于频域整形最优控制，该控制器的设计，包括保证系统稳定的最优调节器设计，以及频域整形的权函数设计，通过权值函数，改变轴承动特性，从而实现电磁轴承系统不平衡振动的力补偿或位移补偿。实验结果表明，电磁轴承频域整形最优控制可有效抑制主轴不平衡振动。     

超精密车床溜板的模糊神经网络主动振动控制研究

提出了溜板的振动主动控制。作为器采用自行研制的主动空气轴承,实现无摩擦接触。控制方法彩和模糊神经网络控制,模糊控制为主控制器,用以逼近实际的复杂时变系统;神经网络控制补偿耦合效应。实验结果表明,基于主动空气轴承地模糊神经网络振动主动控制可以有铲减小溜板振动。     

主动控制传动链振动的一种方法

传动链振动会使终端工作部件运动不平稳，定位精度差，降低机器工作精度．本文对传动链振动进行了实测，分析出振源，采用新的同频谱建模思想建立了相应的非线性振动方程，并设计了一种非线性积分控制器作为主动消振控制器．仿真结果表明，该消振控制器效果令人满意．     

智能旋翼连续时间高阶谐波控制稳定性分析

后缘襟翼智能旋翼是一种行之有效的直升机旋翼振动主动控制技术,高阶谐波控制算法广泛应用于智能旋翼振动控制领域,其控制器参数直接影响振动控制性能和稳定性。基于后缘襟翼智能旋翼悬停实验数据,笔者经拟合得到智能旋翼系统的传递函数,建立智能旋翼参数化仿真模型,并进行了垂向载荷振动控制仿真。通过系统开环传递函数Nichols图的方式对振动控制系统的稳定性和稳定裕度进行了分析,在保证振动控制性能的前提下,获得了控制器时间常数和相角特性对控制系统稳定裕度的影响规律,为后续智能旋翼振动控制实验中控制器参数调整提供参考。     

漂浮基柔性空间机械臂基于奇异摄动法的模糊控制和柔性振动主动控制

讨论在载体位置不受控、姿态受控情况下,自由漂浮柔性空间机械臂载体姿态与关节轨迹跟踪的模糊控制及柔性振动主动控制问题。利用拉格朗日假设模态法并结合系统动量守恒关系,建立柔性空间机械臂系统的动力学方程。以此为基础,使用奇异摄动法和两种时间尺度的假设,将系统分解为轨迹跟踪控制和振动控制可分开设计的奇异摄动系统。对于快变子系统,设计PD控制器来对柔性杆件的振动进行主动抑制;同时,设计解耦的模糊逻辑控制器来保证慢变子系统载体姿态及关节轨迹的跟踪。由于在系统动力学方程的推导中消去柔性空间机械臂载体位置项,该模糊控制器还同时具有不需要测量反馈载体位置、移动速度、移动加速度项的优点。最后的数值仿真结果证实了所设计控制器的有效性。     

高精度数字PWM在DC/DC变换器中的应用

提出了一种采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrays,FPGA)产生高精度DPWM(Digital Pulse Width Module)驱动信号控制BUCK变换器的数字控制方案.介绍了数字PWM控制器各部分的功能以及具体实现.以5V输入、1.3V输出的同步整流BUCK电路为主电路,实现了全数字、高精度、高频率的DC/DC控制器.     

汽车座椅主动振动控制与仿真分析

利用基于滤波X最小均方值算法的前馈型自适应控制系统，对汽车座椅振动实施主动控制，以改善座椅的动态舒适性。建立了六自由度人体一座椅系统模型和主动振动控制系统模型，并在Simulink下进行仿真。结果表明，相对于目前汽车普遍采用的被动隔振系统，主动控制系统可以大大降低车身振动向人体的传递，提高了汽车座椅的动态舒适性。     

基于CMAC网络的主动隔振控制技术

针对主动隔振系统存在非线性,提出一种基于CMAC神经网络控制器的主动控制方法。由于系统的次通道使得控制器参数无法直接利用振动误差信号来调整,提出一种改进的同时扰动自适应算法,并证明该算法在数学期望上是一种随机梯度法。针对系统的非线性情况进行了仿真和试验研究,结果表明:与传统的FXLMS自适应前馈控制方法相比,所提出的方法对于存在非线性的周期性振动的隔振效果明显。