电磁永磁直驱振动台测试与控制研究

发布时间：2020-04-09 14:34

【摘要】：相对于传统电磁振动台,新型电磁永磁直驱振动台具有散热小、输出频带范围宽、无互感现象、波形易控制等优点,更加适用于环境振动测试实验。然而,由于磁场分布不均匀、框架倾斜振动、磁滞等非线性因素严重增加了低频波形失真度,影响了振动台的低频使用性能。此外,振动台测试国家标准未规定5 Hz以下频率段的位移测试指标与方法。航天件振动测试中,力的“过实验”现象将造成被测试件的严重损坏。因此,本文以新型电磁振动台为研究对象,深入开展了建模与失真机理分析、新型振动台测试、波形跟踪控制、力限控制、磁滞非线性抑制几个方面的研究。具体的研究内容如下:介绍了一种电磁永磁直驱机理,应用哈密顿原理建立了电磁永磁驱动机构力学模型,共轭等径凸轮等效速度的设计减小了模型的非线性因素,在此基础上得到振动台系统动力学模型与其简化线性模型。进一步,仿真分析了系统输出特性与波形失真情况,并从驱动结构与安装加工等方面分析其波形失真机理。针对新型电磁振动台制定了不同于传统电磁振动台的测试指标,针对低频位移输出增加了台面位移幅值均匀度、位移失真度与动态磁滞特性测试。进一步,搭建平台测试振动台开环性能。最后,对比已有的高性能振动台,阐释了新型电磁振动台的优势:输出位移大、可实现5 Hz以下低频振动、波形输出稳定。针对新型电磁振动台的波形失真问题,应用基于Fx-LMS算法的自适应逆控制方法进行解决。分析了自适应逆控制器的波形跟踪原理,引入了filtered-x信号,进一步,设计了基于Fx-LMS算法的自适应逆控制器。搭建实验平台进行波形跟踪实验,结果表明该算法可以有效跟踪振动台1 Hz以上频率段的正弦波形。波形校正实验表明,该算法可有效抑制倍频成分,降低波形失真度。此外,设计了力限控制系统,实现了单频正弦力信号的波形跟踪。针对新型电磁振动台的磁滞非线性问题,采用磁滞分解的方式进行解决,在周期性信号输入下,将其分解为一个线性增益和一个有界且周期的干扰。针对线性系统设计了PI控制器,针对磁滞非线性引起的误差/干扰,设计了重复控制器。为避免重复控制器对非倍频成分误差的放大,引入了选频滤波器,从而设计了改进型重复控制器。进一步,设计了低频段位移波形跟踪实验,实验结果表明,改进型重复控制器实现了1~5 Hz频率段位移波形的有效跟踪,减小了磁滞非线性引起的倍频,降低了波形失真度。
【图文】：

应用示例,振动台,机械式

a. 箭载设备环境振动测试[7]b. 平板电脑冲击测试试验[8]图 1-1 振动台应用示例Fig.1-1 Applications of vibration table振动设备一般分为机械式，液动式，电磁式三类[6]。机械式振动台利用旋转产生正弦激振力，具有结构简单，操作方便，，价格低廉的优点，但

机构简图,永磁,电磁,方式

（a）电磁-永磁直驱机构简图（b）小型化原理样机图 1-2 电磁-永磁复合直驱方式[18]Fig.1-2 Direct drive of electromagnetic vibration吕扬名[18]提出了一种电磁-永磁复合直驱结构，如图 1-2 所示，利用永
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O441;O32

【参考文献】