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基于MR阻尼器及并联机构的多维减振系统半主动控制研究

朱伟  
【摘要】: 多维振动问题普遍存在于机械、航空航天、运输、仪器仪表等各个工程领域,严重影响了相关设备的性能和使用寿命。到目前为止,还没有多维减振技术和设备能切实有效的解决这一难题。因此,对多维振动展开研究具有重要的现实意义和应用价值。 在国家自然科学基金项目“仿橡胶多维减振平台设计的系统理论与非线性解耦控制(50375067)”的资助下,本文提出了采用三平移并联机构作为主体机构,磁流变阻尼器作为减振执行器,建立可控的三维减振系统,以期解决实际工程中存在的典型的三维振动问题。 首先,本文根据磁流变减振器的工作原理,结合磁路定理和磁隙效应,设计了适合多维减振的、基于混合模式的小型磁流变阻尼器,并通过试验对阻尼器的力学性能进行测试。 其次,本文采用3-PUU三平移并联机构作为主体机构建立三维减振平台,对所选用的3-PUU并联机构进行了运动学和动力学分析。为了提高并联机构自身的性能,将机型改进为3-PRRP~((4R)),并对其位置正反解、速度、加速度、动力学方程进行求解。 再次,联合磁流变阻尼器,建立多维减振系统的空间模型。针对机构模型耦合性较强的实际情况,采用模态分析方法对模型进行解耦。分析了多维减振系统的力学参数对动平台振动特性的影响,推导了固有频率和脉冲作用下系统的响应模型,并进行仿真验证。 针对磁流变多维减振系统的半主动控制,本文主要分析了两种控制方案:基于任务空间的参数反馈控制和基于支路加速度反馈的控制,分别采用线性二次型(LQR)控制器和模糊自适应控制器进行控制。文中采用基于ADAMS软件和MATALAB软件的联合仿真技术,从减振和隔振两个方面对系统进行控制仿真,从而验证了控制器的正确性和系统的多维减振效果。 最后,为了验证文中所建立的理论体系及仿真结果,建立了磁流变多维减振平台测控系统,整个测控系统包括磁流变多维减振系统实验样机、传感检测系统、数据采集处理系统、控制器、电流驱动器以及振源等。设计并实现了包括基于LPC2210的控制器、电流驱动器以及控制软件等关键技术。根据所设计的试验方案采用自适应模糊控制器进行控制试验,将所得数据进行比较分析。结果表明本文所设计的磁流变多维减振系统具有三向同时减振的功能,并具备较好的减振控制能力。 本文开创性地将磁流变阻尼技术和并联机构技术同时引入到多维减振领域中来,思路新颖,独具匠心。所设计的基于并联机构和MR阻尼器的多维减振半主动控制系统,结构简单紧凑,精确度高。本文的研究内容为多维减振领域提供了一个新的方向,具有广泛的理论意义和实用价值。


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