基于静压气浮与音圈电机复合支承的主动隔振系统的研究

发布时间：2017-09-20 00:40

  本文关键词：基于静压气浮与音圈电机复合支承的主动隔振系统的研究

  更多相关文章： 隔振 静压气浮 音圈电机 主动控制方法

【摘要】：随着航天技术、微电子技术以及精密与超精密加工与测量等学科的逐步发展,对于所需产品的精度要求越来越高,对仪器的抗振性和动态稳定性的要求也越来越高。大型超精密制造设备、高精度测试测量设备、大型精密实验装备等等都建立在隔振基座之上,而气浮隔振平台具有很好的隔振效果,因此气浮平台的隔振技术是当前研究的一项关键课题。传统的被动隔振只能依靠台体自身的隔振效果来抑制噪声,对于一些要求台体振动速度更小、固有频率更低的精密实验不能满足要求,因此在此引入了主动隔振技术。本课题便设计了一种采用音圈电机作为主动作动器的主动控制方法,实现隔振系统的低振动速度和低固有频率。课题的主要研究内容如下,首先根据隔振系统的功能要求,设计相应的主动隔振单元的机械结构,并针对所设计的静压气浮结构中气室的气压、体积和承载面积等物理因素对系统的刚度和阻尼等系数进行公式推导,建立其物理模型。建立六自由度运动学模型并推导分析,得出音圈电机对隔振平台各位置传感器的影响。其次,建立主动隔振系统模型,设计并分析了静压气浮初步定位、精确定位以及主动控制三方面的控制策略,并着重对隔振的主动控制方法进行研究与研究。最后本隔振系统采用隔振性能最佳的复合反馈PID控制。再次,根据复合控制方法,设计一种低频高增益线性放大器,利用数据采集模块采集振动信号,根据所编写控制程序计算输出信号驱动音圈电机,抑制振动信号。最后,对主动控制隔振平台进行实验分析。对所设计振动信号调理电路进行频响测量实验,在输入与输出信号之间具有优良的频响特性。对隔振系统采用主被动控制时的隔振效果以及定位精度进行测试,气浮隔振平台施加主动控制后振动速度达到15.2μm/s,比被动控制降低了42.6%;振动加速度有效值(均方根)由476μm/s2减小到了228μm/s2,比被动控制减小了52.1%;固有频率达到1.625Hz,比被动控制降低了40.9%;定位精度达到±4μm,比被动控制提高了33.3%。
【关键词】：隔振 静压气浮 音圈电机 主动控制方法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB535.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 隔振技术国内外研究现状11-20
• 1.2.1 被动隔振技术研究现状12-14
• 1.2.2 半主动隔振技术研究现状14-18
• 1.2.3 主动隔振技术研究现状18-20
• 1.3 精密设备隔微振设备国内外研究现状20-24
• 1.3.1 硬式主动隔振结构技术20-22
• 1.3.2 软式主动隔振结构技术22-24
• 1.4 本课题的主要研究内容24-26
• 第2章 气浮支撑隔振单元结构设计及特性分析26-48
• 2.1 引言26
• 2.2 主动隔振单元结构设计26-30
• 2.2.1 静压气浮隔振单元结构设计27-28
• 2.2.2 基于音圈电机主动控制单元结构设计28-30
• 2.3 主动隔振单元特性分析30-38
• 2.3.1 主气室结构特性分析31-32
• 2.3.2 底部气浮面结构特性分析32-33
• 2.3.3 球碗轴承结构特性分析33-35
• 2.3.4 环形气浮面结构特性分析35-37
• 2.3.5 静压气浮结构特性分析37-38
• 2.4 主动隔振平台系统特性分析38-47
• 2.4.1 隔振平台六自由度运动学方程38-40
• 2.4.2 音圈电机输出力分析40-42
• 2.4.3 隔振平台六自由度运动学方程分析42-47
• 2.5 本章小结47-48
• 第3章 主动隔振系统控制方法的研究48-63
• 3.1 引言48
• 3.2 主动隔振系统单自由度控制模型48-49
• 3.3 主动隔振系统单自由度定位控制策略设计与分析49-52
• 3.3.1 被动隔振以及初步定位功能控制策略设计49-52
• 3.3.2 主动控制精确定位功能控制策略设计52
• 3.4 主动隔振功能控制算法设计52-62
• 3.4.1 隔振系统速度反馈控制控制性能的分析53-57
• 3.4.2 隔振系统加速度反馈控制性能的分析57-60
• 3.4.3 隔振系统复合控制性能的分析60-62
• 3.5 本章小结62-63
• 第4章 隔振系统信号调理与控制部分设计63-79
• 4.1 引言63
• 4.2 主动隔振平台控制系统工作原理63-65
• 4.2.1 主动隔振系统结构分析63-64
• 4.2.2 主动隔振系统控制及工作原理64-65
• 4.3 超低频振动传感器信号调理电路设计65-70
• 4.3.1 高增益线性低通放大器的设计66-69
• 4.3.2 核心控制器选择69-70
• 4.4 主动控制器软件部分设计70-78
• 4.4.1 控制器软件总体流程70-73
• 4.4.2 控制器软件控制模块设计73-75
• 4.4.3 主动复合反馈PID控制软件实现75-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第5章 实验与分析79-93
• 5.1 引言79
• 5.2 高增益多级线性放大器频响特性实验79-81
• 5.3 气浮隔振单元主动隔振性能实验分析81-86
• 5.3.1 隔振单元主/被动控制振动速度测试与分析81-82
• 5.3.2 隔振单元主/被动控制振动加速度测试与分析82-83
• 5.3.3 隔振单元主/被动隔振系统固有频率测试与分析83-84
• 5.3.4 隔振单元主/被动控制垂向定位精度测试与分析84-86
• 5.4 隔振系统主动隔振性能实验分析86-92
• 5.4.1 隔振系统主/被动控制振动速度测试与分析86-88
• 5.4.2 隔振系统主/被动控制振动加速度测试与分析88-89
• 5.4.3 隔振系统主/被动控制固有频率测试与分析89-90
• 5.4.4 隔振系统主/被动控制定位精度测试与分析90-92
• 5.5 本章小结92-93
• 结论93-94
• 参考文献94-99
• 致谢99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杨学山,董玲,马树林,程建伟;991型超低频测振仪[J];地震工程与工程振动;2002年04期

2 张建明;;现代超精密加工技术和装备的研究与发展[J];航空精密制造技术;2008年01期

3 谭平;周福霖;;结构主动变刚度·阻尼控制系统及其优化设计[J];建筑科学与工程学报;2007年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张春良;微制造平台振动主动控制研究[D];浙江大学;2003年

，

本文编号：884915