基于相位补偿的主动隔振器前馈控制器设计

发布时间：2020-11-04 02:31

　　 主动隔振器是超精密测量仪器正常运行的重要保障,隔振器通过衰减来自地基的振动保证工作台的稳定。主动隔振器抑制的地基振动具有频带宽、幅值小、振源复杂等特点,因此要求主动隔振器起始隔振频率低,中高频衰减能力强。在主动隔振器中,一般采用前馈与反馈结合的控制方式,其中反馈控制主要是抑制谐振峰,前馈控制能降低隔振器起始隔振频率,增加中高频衰减能力。所以本文旨在设计性能优越的前馈控制器来降低隔振器起始隔振频率,增加中高频衰减能力。本文以空气弹簧主动隔振器为研究对象,建立主动隔振器初级通道动力学模型和次级通道动力学模型并通过开环辨识实验确定模型中的刚度系数、阻尼系数、电机增益和时间常数,通过比较理论模型频率响应曲线和辨识模型频率响应曲线发现它们吻合度很高进而验证了理论建模和参数辨识的正确性。由于相位偏移将会对PI前馈控制器的性能产生影响,本文在此基础上分析了前馈控制通道中各环节的相位情况并利用零极点配置法对存在的相位偏移进行补偿。由于PI前馈控制器参数为隔振器的特征参数并且在实际情况中无法通过理论建模的方式来获得隔振器精确的特征参数,因此本文在已知前馈控制器结构的基础上利用滤波x-LMS控制算法来设计前馈控制器,使得设计的前馈控制器具有自整定参数的能力。最后从时域和频域两方面仿真验证了所设计前馈控制器的有效性。在完成了前馈控制通道相位补偿和前馈控制器设计后,对研究对象进行了全面的性能测试,测试结果表明:对前馈控制通道中存在的相位偏移进行补偿后,采用自适应PI前馈控制器能使主动隔振器在10Hz频率处衰减率接近-40dB,最大衰减率接近-48dB。测试结果从时域和频域两个方面验证了本文所设计前馈控制器的有效性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TP273;TB535.1
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究综述
        1.2.1 主动隔振器建模方法
        1.2.2 主动隔振器参数辨识方法
        1.2.3 相位补偿的方法
        1.2.4 具有自整定控制器参数的控制方法
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 主动隔振器动力学建模与参数辨识
    2.1 引言
    2.2 主动隔振器动力学建模
        2.2.1 六自由度动力学方程的建立
            2.2.1.1 初级通道动力学方程的建立
            2.2.1.2 次级通道动力学方程的建立
    2.3 参数辨识
        2.3.1 参数辨识原理
        2.3.2 参数辨识实验
            2.3.2.1 刚度系数和阻尼系数辨识
            2.3.2.2 电机增益和时间常数辨识
        2.3.3 实验辨识结果验证
    2.4 本章小结
第三章 前馈控制通道相位补偿
    3.1 引言
    3.2 控制系统总体结构
    3.3 前馈控制原理
    3.4 前馈控制通道相位分析
        3.4.1 A/D、D/A转换器
        3.4.2 地音传感器
        3.4.3 音圈电机
    3.5 前馈控制通道相位补偿
    3.6 前馈控制仿真
    3.7 本章小结
第四章 自适应PI前馈控制器设计
    4.1 引言
    4.2 参数误差对PI前馈控制器性能的影响
    4.3 自适应PI前馈控制器设计
        4.3.1 滤波x-LMS控制算法
        4.3.2 自适应PI前馈控制器设计
        4.3.3 滤波x-LMS控制算法收敛性分析
    4.4 自适应PI前馈控制器仿真
    4.5 本章小结
第五章 隔振台前馈控制实验研究
    5.1 引言
    5.2 主动隔振系统介绍
    5.3 传感器、作动器通道设置
    5.4 主动控制实验控制模块介绍
        5.4.1 前馈控制模块介绍
        5.4.2 反馈控制模块介绍
    5.5 主动隔振器测试系统介绍
    5.6 实验结果与分析
    5.7 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

【参考文献】

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本文编号：2869475