磁致伸缩多自由度精密平台的驱动及振动控制研究

发布时间：2017-07-27 07:11

  本文关键词：磁致伸缩多自由度精密平台的驱动及振动控制研究

  更多相关文章： 超精密定位 振动主动控制 动态前馈补偿控制 广义预测控制 系统辨识 超磁致伸缩驱动器

【摘要】：在精密加工、航天工程等高精度领域,如何实现超精密的驱动定位或对高精度仪器设备的微振动隔振是一个重要的研究课题。为了实现高精密的定位驱动和微振动的主动隔振,论文基于单自由度驱动器,针对PID反馈控制、自适应控制等多种控制算法进行了仿真以及实验验证。基于广义预测自适应控制方法提出动态前馈补偿的自适应预测控制的一种方法,并进行了相关的实验验证。最终,基于单自由度驱动器的精密控制研究成果及MIMO系统辨识与自适应控制技术,实现了磁致伸缩多自由度精密平台驱动定位及振动主动控制,创新地提出多自由度平台动态前馈补偿的解耦驱动控制,并进行了相关的实验验证。本文的主要工作如下:(1)基于单自由度磁致伸缩驱动器,论文讨论研究前馈补偿的PID反馈控制、最小方差自校正控制、广义间接最小方差自校正控制以及广义预测自适应控制等多种控制算法对于驱动器精密定位的有效性,并进行了相应的仿真及实验验证。基于预测自适应控制算法提出了动态前馈补偿的广义预测自适应控制方法,经仿真和实验结果表明,该算法可以有效的实现磁致伸缩驱动器的精密驱动,并将其应用于单自由度磁致伸缩驱动器的振动主动控制实现。(2)基于ARM嵌入式系统,论文建立了一套磁致伸缩驱动器控制系统,并进行了开环和闭环控制实验验证。实验结果表明,该控制系统可以有效的提高控制运算速度,进而实现磁致伸缩驱动器的中频驱动控制。(3)基于哈密顿方程完成了磁致伸缩多自由度精密平台的动力学建模,进行了相应的仿真,并基于ADAMS完成了平台的输入输出响应特性分析。最后,基于多自由度平台的动力学模型,完成了平台的SIMULINK振动主动控制初步仿真。(4)基于单自由度驱动器的动态前馈补偿自适应控制,论文提出了多自由度精密平台的动态前馈补偿的解耦驱动控制,并进行了相关的仿真和实验验证。基于MIMO系统辨识与自适应控制,完成了多自由度精密平台的驱动控制研究,并进行相应的实验验证。最后,论文将该控制方法应用于多自由度精密平台的振动主动控制实现。
【关键词】：超精密定位 振动主动控制 动态前馈补偿控制 广义预测控制 系统辨识 超磁致伸缩驱动器
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH703;TB535
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 课题研究背景与目的意义14-15
• 1.1.1 课题研究的背景14-15
• 1.1.2 课题研究的目的和意义15
• 1.2 驱动平台和隔振平台15-20
• 1.2.1 驱动平台发展现状15-18
• 1.2.2 隔振平台发展现状18-20
• 1.3 驱动器及其控制技术20-25
• 1.3.1 智能材料驱动器21-22
• 1.3.2 智能驱动器控制技术22-25
• 1.4 论文主要内容25-27
• 第二章 单自由度磁致伸缩驱动器控制技术研究27-63
• 2.1 引言27
• 2.2 磁致伸缩驱动器工作原理及其控制方法27-31
• 2.2.1 磁致伸缩驱动器工作原理27-29
• 2.2.2 磁致伸缩驱动器控制方法简介29-31
• 2.3 磁致伸缩驱动器精密控制技术31-54
• 2.3.1 离线前馈补偿的闭环反馈控制32-38
• 2.3.2 系统在线辨识及其自适应控制38-51
• 2.3.3 在线辨识及动态前馈补偿自适应控制51-54
• 2.4 干扰激励下驱动器定位控制实验验证54-58
• 2.4.1 离线前馈补偿的PID反馈控制55-57
• 2.4.2 在线辨识及动态前馈补偿自适应控制57-58
• 2.5 单自由度驱动器振动主动控制实现58-61
• 2.6 本章小结61-63
• 第三章 驱动器控制技术硬件实现研究63-83
• 3.1 引言63
• 3.2 控制系统反馈环节实现63-67
• 3.2.1 基于位移传感器的位移反馈63-65
• 3.2.2 基于压电式传感器的加速度反馈65-67
• 3.3 控制系统驱动环节实现67-72
• 3.3.1 功率放大器67-68
• 3.3.2 PWM驱动仿真及实验68-72
• 3.4 控制系统控制环节实现72-81
• 3.4.1 基于嵌入式系统开环控制实现72-76
• 3.4.2 基于嵌入式系统闭环控制实现76-81
• 3.5 本章小结81-83
• 第四章 磁致伸缩多自由度精密平台建模和仿真83-103
• 4.1 引言83
• 4.2 磁致伸缩精密驱动平台动力学建模与仿真83-93
• 4.2.1 放大机构建模与仿真86-90
• 4.2.2 平台耦合建模与仿真90-93
• 4.3 磁致伸缩精密平台ADAMS仿真93-96
• 4.4 磁致伸缩精密平台位置反解及隔振仿真96-102
• 4.5 本章小结102-103
• 第五章 磁致伸缩多自由度精密平台驱动及振动控制实现103-126
• 5.1 引言103-104
• 5.2 磁致伸缩精密平台开环控制验证104-106
• 5.3 精密平台动态前馈补偿解耦驱动控制106-112
• 5.3.1 精密平台解耦驱动控制仿真108-110
• 5.3.2 精密平台解耦驱动控制实验验证110-112
• 5.4 精密平台系统辨识与自适应驱动控制112-121
• 5.4.1 两自由度精密平台在线辨识114-116
• 5.4.2 两自由度精密平台自适应控制116-118
• 5.4.3 三自由度精密平台在线辨识118-120
• 5.4.4 三自由度精密平台自适应控制120-121
• 5.5 精密平台振动主动控制实现121-125
• 5.6 本章小结125-126
• 第六章 结论与展望126-129
• 6.1 主要成果126-127
• 6.2 主要创新127
• 6.3 研究展望127-129
• 参考文献129-135
• 致谢135-136
• 攻读学位期间的学术成果136

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本文编号：580282