基于LMS算法的台桌式主动隔振系统前馈控制研究

发布时间：2017-08-24 19:39

  本文关键词：基于LMS算法的台桌式主动隔振系统前馈控制研究

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【摘要】：随着精密测量、超精密加工、集成电路制造等领域对精度要求的不断提高,工作环境中微小的振动将会对的精度造成较大的影响,为了满足高精密制造和测量设备对地基振动隔离的需求,高精密隔振系统必须具有更宽的隔振频带,更高的隔振效率以及更多的自由度。高精密系统对振动隔离的需求使隔振技术逐步发展成为依靠本身材料特性衰减振动的被动隔振技术、依靠控制作动器产生补偿力衰减振动的主动隔振技术、以及具有更宽隔振频带的主被动一体隔振技术。本文以台桌式隔振系统为平台,所用的台桌式隔振系统为主被动一体的混合隔振系统,主要对其前馈控制方法展开研究。首先从隔振系统的动力学模型和特性进行分析,由于隔振系统具有复杂的非线性特性,建立的动力学模型在精度和形式上都难以满足前馈控制器的设计要求。因此将不基于精确数学模型的自适应滤波算法应用于主动隔振系统前馈控制中,这样可以避免建立精确的动力学模型,同时还可以适应被控参数的改变。自适应滤波算法适用于平稳和非平稳随机信号的检测和估计,分为滤波器权系数更新过程和滤波输出过程。通过最小均方(LMS)算法迭代寻优特性实现滤波器权系数的更新实现自适应控制过程。考虑到实际应用中,次级通道对控制信号的影响以及参考信号瞬时能量较大的问题使用了归一化的滤波x-LMS(x-NLMS)算法。为了获得次级通道较精确的模型,采取了两步走的模型辨识方案,先采用频域辨识方法获得次级通道的传递函数模型,再对次级通道模型进行补偿从而获得较为准确的次级通道模型,用于前馈控制器设计。并针对所设计的前馈控制器以及次级通道补偿进行了单通道仿真和对比实验,实验结果证明了次级通道补偿的有效性。由于台桌式主动隔振系统是一个多自由度的隔振系统,需要在多个位置对其进行控制,因此采用了多通道集中前馈控制的方法,并针对分散前馈控制的弊端进行了对比实验,实验证明了多通道集中前馈控制比分散前馈控制具有更加优良的振动衰减率。实验结果表明,本文所研究的前馈控制方法可以有效的提高台桌式隔振系统在实验频段内的隔振性能。
【关键词】：主动隔振 自适应前馈控制 滤波x-NLMS算法 次级通道补偿
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB535.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题背景与研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.2.1 隔振系统的特性分析与建模12-13
• 1.2.2 主动隔振技术中的控制策略13-14
• 1.2.3 主动控制算法14-18
• 1.2.4 半物理仿真技术18-19
• 1.3 论文主要研究内容19-20
• 第二章 不基于精确模型的自适应滤波算法20-34
• 2.1 台桌式隔振系统理论模型建立20-26
• 2.1.1 台桌式隔振系统动力学建模20-25
• 2.1.2 双腔室空气弹簧的特性25-26
• 2.2 自适应滤波算法26-32
• 2.2.1 自适应滤波器27-29
• 2.2.2 最速下降法29
• 2.2.3 最小均方（LMS）算法29-30
• 2.2.4 LMS算法性能指标30-32
• 2.3 归一化的LMS算法32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 主动隔振系统前馈控制器设计34-52
• 3.1 次级通道辨识34-37
• 3.1.1 次级通道对前馈控制的影响34-35
• 3.1.2 次级通道辨识方案选取35
• 3.1.3 次级通道离线辨识实验35-37
• 3.2 基于滤波x-NLMS算法的前馈控制器设计及仿真37-44
• 3.2.1 滤波x-LMS自适应滤波器前馈算法。37-39
• 3.2.2 滤波x-NLMS算法的收敛性39-41
• 3.2.3 基于滤波x-NLMS算法单通道控制系统仿真41-44
• 3.3 改进的滤波x-NLMS算法44-51
• 3.3.1 次级通道补偿实验47-49
• 3.3.2 次级通道误差对前馈控制影响仿真49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 主动隔振系统前馈控制实验研究52-68
• 4.1 主动隔振系统实验装置以及其布置52-55
• 4.2 隔振性能测试系统介绍55-56
• 4.3 单通道自适应滤波前馈控制次级通道补偿前后对比实验。56-59
• 4.4 多通道的自适应滤波前馈控制59-67
• 4.4.1 多通道控制系统控制通道频响特性分析59-61
• 4.4.2 多通道自适应滤波器前馈控制方法61-63
• 4.4.3 多通道前馈集中控制方法与分散控制方法对比实验63-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 总结和展望68-70
• 5.1 全文总结68-69
• 5.2 工作展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74

【参考文献】

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本文编号：732761