基于LabVIEW和输入整形算法抑振的气悬浮平台研究

发布时间：2017-06-08 03:15

  本文关键词：基于LabVIEW和输入整形算法抑振的气悬浮平台研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气悬浮运动系统在面向玻璃基板的非接触式传输领域以及IC制造高速度高加速度精密加工装备领域中有广阔的应用前景。气悬浮运动系统主要有无磨损、寿命长、无污染、速度高、摩擦小、精密度高等优点。但是,相对于传统的线性导轨,气悬浮导轨承载能力小、支承结构复杂、气膜刚度低、阻尼小等因素对气悬浮运动控制系统的设计和开发提出了更高的要求,在运动控制过程中容易出现残余振动明显、定位稳定时间长和易受干扰影响等缺点。尤其在高动态(高速度高加速度)工作下产生的残余振动明显给控制系统实现快速精确定位控制带来了极大的挑战。如何在高动态工作下快速有效地抑制残余振动影响成为气悬浮运动控制的关键问题之一。输入整形算法在柔性机构系统的残余振动抑制中取得了很好的效果,然而在电机伺服系统中应用还比较少。本文将探索采用输入整形算法来抑制此类伺服系统中的残余振动,从而实现气悬浮运动系统快速精确定位控制。本文主要研究内容如下：(1)设计一种振动信号数据采集与分析系统,并以气悬浮平台作为研究对象进行试验研究,实现对振动信号的采集、显示、分析、读取和存储等功能,为进一步利用输入整形算法抑制气悬浮运动系统残余振动提供可靠数据。系统利用LabVIEW强大的数据采集功能和Matlab的小波分析工具箱,实现了对振动信号的小波去噪,将LabVIEW和Matlab二者结合起来进行工程实践,增强了LabVIEW的处理能力；(2)基于输入整形设计快速抑振控制算法并实现,详细介绍了四种基本的输入整形和一种改进型负脉冲输入整形的分析设计方法,重点研究了基于有限时间拉普拉斯变换的输入整形算法设计和基于最小跃度的输入整形优化；(3)搭建软硬件实验台对气悬浮运动系统进行仿真和实验。硬件设备主要利用压电加速度传感器、信号调理器、数据采集卡和计算机等,软件主要利用LabVIEW进行编程,包括信号采集模块和处理模块,将输入整形模块作为一种离线算法通过前馈方式接入基于Matlab/Simulink搭建起的气悬浮运动系统快速精确定位控制器中,重点对基于有限时间拉普拉斯变换的输入整形算法设计和基于最小跃度优化的气悬浮抑振系统进行了仿真和实验,并与其他输入的系统响应对比分析。实验结果表明,输入整形后的位移响应时间缩短为梯形曲线的80%,稳态时间缩短为后者的37.5%,输入整形法在保证系统响应性能的基础上能够达到快速精确定位的目的。
【关键词】：LabVIEW 输入整形算法 Matlab 抑振 气悬浮平台
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.5
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 选题背景及研究意义14-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.2.1 气悬浮技术研究现状16-17
• 1.2.2 输入整形技术研究现状17-18
• 1.2.3 目前存在的主要问题18
• 1.3 课题来源与主要研究内容18-20
• 1.3.1 课题来源18-19
• 1.3.2 主要研究内容19-20
• 第二章 气悬浮振动信号采集实验台的搭建20-25
• 2.1 气悬浮硬件平台20
• 2.2 采集实验台的搭建20-24
• 2.2.1 采集系统的组成20
• 2.2.2 传感器20-22
• 2.2.3 信号调理器22-23
• 2.2.4 数据采集卡23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 基于LabVIEW的气悬浮振动信号分析系统25-39
• 3.1 LabVIEW简介25-26
• 3.1.1 软件介绍25
• 3.1.2 主要特点25-26
• 3.2 软件开发步骤26-27
• 3.3 气悬浮振动信号采集模块27-32
• 3.3.1 功能描述27-28
• 3.3.2 程序流程图28
• 3.3.3 采样频率的确定28-29
• 3.3.4 通信接口程序设计29-30
• 3.3.5 采集模块的编程实现30-32
• 3.4 气悬浮振动信号处理模块32-38
• 3.4.1 功能描述32-33
• 3.4.2 程序流程图33
• 3.4.3 去噪方法选择33-35
• 3.4.4 频谱分析35-38
• 3.4.5 处理模块编程实现38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 基于输入整形的快速抑振控制算法设计39-58
• 4.1 输入整形器的基本概念39-41
• 4.1.1 组成与机构39-40
• 4.1.2 时域和频域表达40
• 4.1.3 基本原理40-41
• 4.2 基于输入整形的分析设计方法41-51
• 4.2.1 零极点对消法41-43
• 4.2.2 脉冲响应法43-44
• 4.2.3 灵敏度曲线法44-45
• 4.2.4 联立约束方程法45-48
• 4.2.5 改进型负脉冲输入整形算法的设计48-51
• 4.3 基于有限时间拉普拉斯变换输入整形算法的设计51-56
• 4.4 基于最小跃度输入整形优化的设计56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 气悬浮抑振系统的仿真与实验58-66
• 5.1 采集实验台的调试实验58-59
• 5.2 采集模块的调试实验59
• 5.3 处理模块的调试实验59-61
• 5.4 输入整形算法抑振的仿真与实验61-65
• 5.5 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表的论文72-74
• 致谢74-75
• 附录75-80

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