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面向精密仪器设备的主动隔振关键技术研究

李国平  
【摘要】: 本学位论文结合浙江省自然科学基金项目“精密设备系统主动隔振基础理论研究”(No.599085)进行精密仪器设备隔振平台振动主动控制理论与实验研究。针对项目的研究任务和国内外研究现状,采用理论研究、计算机仿真与实验研究相结合的研究方法,完成了精密仪器设备主动隔振系统的动力学分析,研制了用于该隔振系统的超磁致伸缩驱动器,对该隔振系统中的功率流传递特性进行了研究分析,然后采用免疫控制方法完成了精密仪器主动隔振系统的隔振器设计,搭建了主动隔振系统的模拟实验台,并进行了相关实验研究。 第一章,阐述了本学位论文的研究背景与意义,分析了国内外主动隔振技术在隔振方案设计、驱动器与传感器、功率流传递特性和控制策略等方面的研究现状,提出了本论文的主要研究内容。 第二章,以电镜类光学仪器为研究对象,建立了平台隔振形式的多自由度隔振系统的动力学模型。在研究典型一级主动、被动隔振系统的振动位移传递率的基础上,针对常用的二级主动隔振模型,考虑以不同参数作为反馈控制变量时,分析隔振系统在单坐标方向上的振动加速度传递率。 第三章,在分析超磁致伸缩材料工作特性的基础上,研制了用于精密仪器主动隔振系统的超磁致伸缩驱动器,对超磁致伸缩驱动器的力和位移输出的静态特性和动态特性进行实验测试与分析,并建立了基于磁机耦合原理的驱动器磁滞非线性模型。 第四章,建立了精密仪器主被动隔振平台系统的功率流传递模型,对于采用超磁致伸缩驱动器的隔振平台-基础主动隔振系统,采用四端参数法推导出隔振系统的功率流传递函数,对该函数进行数值仿真计算,详细分析了各控制器反馈参量对系统功率流传递特性的影响。 第五章,根据人工免疫系统的思想设计出免疫反馈控制器,并将该控制器用于精密仪器的主动隔振系统中。针对精密仪器隔振平台的控制模型,在MATLAB环境中进行了对所设计的主动隔振系统的控制系统的抗干扰能力和时域性能等方面进行了研究。 第六章,研制了以工业PC机为核心的精密仪器模拟隔振平台实验系统,完成了相应的软硬件系统开发,并对隔振实验台分别进行被动隔振、主被动复合隔振的实验研究。 第七章,对论文的主要研究工作和创新点作了总结,并对未来的研究工作进行了展望。


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