基于嵌入式系统高精度隔振平台主动控制方法研究-仪器科学与技术专业论文.docx

Classified Index： TB535.1 U.D.C： 621 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON ACTIVE CONTROL METHOD FOR HIGH PRECISION VIBRATION ISOLATED PLATFORM BASED ON EMBEDDED SYSTEM Candidate： Liu Pinlong Supervisor： Prof. Tan Jiubing Academic Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Instrument Science and Technology Affiliation： Department of Automatic Testing and Control Date of Defense： June， 2012 Degree-Conferring Institution： Harbin Institute of Technology 摘要 摘要 摘 要 随着科学技术水平的发展，超精密加工与精密测量对隔离环境有害振动的 水平要求越来越高，对大型高性能高精度低频空气弹簧隔振平台的需求也非常 迫切。而要使隔振平台具有良好的隔振性能，一套完善的振动控制方法是必不 可少的。本文是在空气弹簧隔振平台的基础上，研制出了一种高精度主动/被 动混合隔振系统，该混合隔振系统可以弥补单独使用一种隔振方法的不足，进 一步地提高了隔振性能。 本文首先从隔振理论出发，对被动和主动隔振系统进行模型分析，分别建 立单自由度的动力学方程。其中对主动隔振系统分别分析采用位移、加速度与 速度反馈方式时系统的频率响应特性，总结了三种反馈方式的特点，为后续的 仿真与实验研究提供了理论依据。 针对空气弹簧隔振平台的特点，本文选取了响应快、位移和作用力较大的 音 圈 电 机 作 为 作 动 器 ， 传 感 器 采 用 了 分 辨 率 高 、 通 频 带 宽 和 测 量 范 围 广 的 941b 型传感器。然后对主动/被动隔振系统进行了原理结构设计和软硬件设计。 在主动控制设计中 ， 控制算法设计是核心环节。文中通过理论分析和 Simulink 仿真，分别仿真采用 PID 控制、模糊 PID 控制的隔振效果，由仿真 结果发现，当被控对象具有非线性、时变特性时，采用模糊 PID 控制隔振效 果更好，自适应性强。 最后对本文所设计的基于音圈电机的主动隔振系统进行了实验分析，采用 PID 控制算法搭建了主动隔振系统，并在隔振平台垂直方向上进行了主动控制 实验。实验结果显示，在高频段，被动隔振系统有很好的振动隔离作用，但在 固有频率附近隔离效果不佳，而主动隔振系统在固有频率附近有很好的隔振效 果，弥补了被动隔振的不足。在地面干扰信号频率为 0.5Hz 至 2Hz 之间时， 采用主动/被动混合隔振系时，隔振平台对地面振动传递率为 12.4%至 63.2%， 其中在 1Hz 处传递率为 12.4%。 关键词：空气弹簧；隔振；主动控制；音圈电机；模糊 PID Ab Abstract Abstract With the development of scientific and technological level, ultra-precision machining and precision measurement of the level of isolating harmful vibration of environment have become increasingly demanding, the demand for large-scale high-performance and high-precision low-frequency vibration isolation platform is very urgent. To make vibration isolation platform has a good vibration isolation performance, a complete set of vibration control methods is essential. On the basis of the air spring platform, this article develops a high precision active and passive hybrid vibration isolation system, the hybrid vibration isolation sys