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基于压电作动器的主动隔振系统理论与仿真研究

黄群  
【摘要】:近年来,将智能材料结构、控制理论、信号处理技术以及计算机技术等与机械振动理论相结合的振动主动控制技术已经成为目前国内外最为活跃的研究课题之一。本文针对某精密仪器的隔振要求,建立了以压电作动器为主动控制执行装置的主动隔振系统,并建立了系统的动力学方程及状态空间模型,然后对所建立的隔振系统进行了理论和数值仿真研究。仿真结果表明,本文所研究的基于压电作动器的主动隔振系统在整个频段均具有很好的隔振效果,大大优于一般的被动控制。 本文主要工作为: 1.介绍智能材料与智能结构的基本概念及其发展和研究概况,总结归纳振动控制方法与技术以及主动隔振技术的发展概况,指出了智能作动器的发展方向并介绍其在振动主动控制领域的应用情况。 2.推导压电材料在二维和一维情况下的压电方程,获取压电作动器的作动力或驱动位移的表达式;对压电作动器的结构进行设计。 3.建立单自由度隔振系统的力学模型及其相应的动力学方程,分析不同频率比对被动隔振系统隔振效果的影响;将仪器转角作为被控制的目标之一,对某机载精密仪器设备进行动力学建模;阐述了主动隔振系统的隔振机理。 4.阐述PID控制器的原理及设计方法;推导主动隔振系统在确定性激励下的LQ最优控制力及随机激励下的LQG最优控制力表达式,对两种情况下的控制器进行了设计。 5.应用Matlab软件及其Simulink软件包对隔振系统进行计算机数值仿真,仿真结果表明,采用主动隔振可以对取得很好的隔振效果,PID控制的隔振效果好于一般被动隔振,但不及最优控制时的隔振效果,同时最优控制中的加权矩阵的选择对控制效果有重要影响。


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