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《南京航空航天大学》 2009年
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三维振动主动隔离智能结构中的若干关键技术研究

刘强  
【摘要】: 本论文结合智能材料与结构技术,对三维隔振系统中涉及到的若干关键技术进行了研究,主要包括新型驱动器的开发、振动主动控制中的模型辨识、广义前馈自适应控制算法、控制算法中的解耦策略等关键技术。最后,在采用压电智能结构的隔振平台上进行了三个方向的振动隔离试验。内容如下: 首先针对单一驱动器频响范围较窄的缺点,采用金属压电圆环结构,弥补电磁驱动器高频响应差的缺陷,设计一种新型的电磁驱动结构,弥补压电驱动器低频段驱动位移小的缺点,从而形成一种驱动位移和响应频率都得到扩展的复合式驱动器。通过理论分析和有限元仿真,给出了复合式驱动器的阻抗特性、电磁力与电流及永磁体位置三者间的关系,指出了磁路中磁隙宽度、线圈间隙对驱动力的影响。根据模型分析,给出了金属压电圆环结构的驱动力、变形与结构参数间的数学关系式。最后对所研制的驱动器进行了频响测试。 在工程实际中,由于结构的复杂性,制造误差和测量数据的不精确等诸多因素的综合作用将给振动系统的模型辨识带来较大的影响,为此利用灰色理论中的累加求和思想,并根据采样数据的新旧程度进行加权乘积,提出了一种用于振动控制的灰色模型辨识算法。 自适应前馈控制算法在振动主动控制领域有着广泛应用,本文利用被控对象的极点构造正交基函数,提出了一种广义前馈自适应控制算法。该算法很好地融合了常用的FIR和IIR两种结构的优点,有效地弥补了两种结构各自的不足。FIR结构的算法没有输出反馈,具有较好的稳定性,但是一旦系统的响应特性变得复杂,算法需要很长的权系数矢量才能逼近被控对象的动态响应特性,进而增加计算负担并使收敛过程放慢。与此相反,IIR结构的算法通过输出反馈引入系统极点,只需较短的权系数矢量就可满足要求,但是算法自身稳定性却得不到保障。 三维隔振系统采用的是多输入多输出控制算法,如果结构自身不具备解耦条件,那么算法就必须考虑解耦。文中针对次级通道耦合和参考信号与驱动输出信号耦合问题进行了讨论,给出了对应的解耦策略,成功实现了垂直尾翼的减振控制,单频激励下控制后振动响应的功率谱下降了35dB。 最后对三轴向压电隔振平台进行了实验,结果表明本文所提出的算法是有效的。相比常规的FXLMS算法,对于限带噪声激励下振动响应的控制具有更好的效果和稳定性。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB535

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