直线电磁驱动AMD主动减振控制系统的研究

摘要

主动质量驱动（Active Mass Driver，AMD）控制系统已在土木结构振动控制领域获得了广泛的应用，长期以来其驱动装置多采用液压装置或旋转伺服电机。但是由于液压装置需要配套液压源，旋转电机需要机械转换装置，研制新型AMD作动器具有重大的理论意义和工程价值，而直线电机具有直接驱动的优点，成为下一代的AMD系统作动器的最佳选择。本文研制开发了一套直线电磁驱动AMD试验系统，利用伺服控制卡控制通用变频器，驱动异步直线电机构建AMD作动器，成功完成了直线电磁驱动AMD控制系统在层钢架结构上的自激振动控制试验，取得了良好的控制效果。
　　首先，在结构振动控制动力学模型和直线电磁驱动AMD理论的基础上，总结和分析了AMD系统对作动器提出的要求，阐明了直线电磁驱动技术应用在振动控制AMD系统中的优势，并提出了直线电磁驱动AMD作动器设计过程中亟需解决的问题。
　　其次，为直线电磁驱动AMD控制系统设计了直线作动器。针对当前直线伺服电机产品的现状和土木结构振动控制的要求，提出了变频器驱动异步直线电机的方案。基于异步直线电动机的控制模型，通过MultiQ-3伺服控制卡构建电机伺服控制器，利用滞后超前校正和变参数PID调节等方法提高了系统的控制精度和频率响应，并进行了作动器的性能测试。此外，基于对异步电机的分析，探讨了作动器性能进一步提高的可能性。
　　最后，试制了结构振动Benchmark模型中的三层钢架结构，利用有限元方法分析了该钢架的结构参数和动力学模型，基于LQG算法设计了结构的主动振动控制器，搭建完整的试验设备并完成了结构自激振动控制试验，测试了作动器的控制效果，提供了完善设计方案的试验依据。
　　本文通过直线电磁驱动AMD作动器的设计和结构的自激振动控制试验，充分证明了利用变频器驱动异步直线电机构建作动器的方案，在低频条件下完全可以满足AMD系统对精度、响应频率的要求，具有价格低廉、控制便利等优势，并证明了将直线电磁驱动技术应用在AMD控制中的可行性，为直线电磁驱动AMD系统的进一步研究和工程应用打下了基础。

目录

直线电磁驱动AMD主动减振控制系统的研究

STUDY OF ACTIVE VIBRATION CONTROL SYSTEM WITH LINEAR ELECTROMAGNET-DRIVED AMD

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 土木工程结构振动的AMD控制研究与应用

1.3 直线电磁驱动技术的发展与应用

1.4 本文的主要研究内容

第2章 直线电磁驱动AMD控制系统的设计方案

2.1 引言

2.2 结构振动AMD控制方案及模型的研究

2.3 直线电磁驱动AMD控制系统的原理和实施方案

2.4 小结

第3章 直线电磁驱动AMD作动器的设计与研究

3.1 引言

3.2 直线电磁驱动AMD作动器的硬件设计

3.3 直线电磁驱动装置控制器设计

3.4 作动器性能提高的可行性分析

3.5 小结

第4章 直线电磁驱动AMD系统设计与试验

4.1 引言

4.2 结构振动控制的Benchmark模型

4.3 直线电磁驱动AMD振动控制试验

4.4 结构振动的直线电磁驱动AMD控制性能试验

4.5 小结

结 论

参考文献

附 录

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致 谢