高精密设备多自由度平台系统微振动混合控制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hxy135
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随着科学技术的快速发展,当今世界的机械加工已迈入超精密时代。同时,高精密仪器设备也在不断涌现。高科技设备诸如激光、光学仪器和集成电路生产设备,由于对工作环境中的各种微振动十分敏感并且其造价昂贵,因而有必要对设备周围的微振动干扰进行隔离和控制。  本论文主要研究多自由度微振动混合控制系统。结合国家自然基金项目“城市轨道交通激励下高精密设备平台微振动混合控制”(项目批准号:50578058),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较为深入、系统的研究。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,对其进行了多种仿真实验,最后采用三分之一倍频程谱的方法对时程进行了频率分析研究。全文的主要研究工作如下:  1)多自由度隔振平台系统结构的设计。首先确立了平台的几何尺寸以及超磁致伸缩致动器和空气弹簧的数量和摆放位置。其次研究了空气弹簧的刚度及阻尼模型;分析了超磁致伸缩致动器的滞回模型并对非线性模型进行数字仿真。  2)多自由度混合隔振系统的动力学模型的建立以及平台在基础干扰作用下,被动控制和混合控制的传递率研究。  3)建立了LQG最优控制框图、Kalman滤波器的结构简图以及最终的多自由度微振动混合隔振系统仿真模型。研究了各种数字信号的生成方法,选定白噪声随机波信号为本文仿真的输入信号。并生成了特定频率范围的高斯白噪声,为下面的仿真试验作准备。最后进行平台竖直方向振动(单自由度)、水平方向振动(四个自由度)以及平台整体(六个自由度)的仿真计算。  4)通过对三分之一倍频程谱频域分析方法的研究,对仿真得到的平台在X、Y、Z方向的速度时程进行三分之一倍频程处理和分析讨论。  最后给出了本文的主要结论和本课题研究工作的进一步展望。
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