磁悬浮主动精密隔振平台的控制研究

摘要

在超精密加工、测量以及航空航天设备环境干扰以及系统本身的动力系统，不可避免地会引起整个系统的振动，微幅、超微幅振动的影响变得十分突出，严重影响到加工精度和精密仪器的运行。隔振技术是抑制精密仪器振动的关键技术，分为主动和被动隔振两种。被动隔振结构简单，可靠性高而被广泛采用，然而其对低频及谐振附近干扰隔振能力差。主动隔振能有效解决这一问题。磁悬浮隔振器具有无接触、寿命长、响应快等优势，是一种较理想的主动隔振器。
　　 本文首先根据需要确定了合适结构和参数，设计了磁悬浮隔振器，将其与被动隔振系统组成了磁悬浮主动隔振系统，展开理论建模和仿真工作，取得的主要研究成果如下:
　　 (1)设计了一种磁悬浮主动精密隔振器，建立了磁悬浮隔振器的数学模型，利用ANSYS软件计算了磁悬浮隔振器电磁场的分布规律和电磁力大小，为进一步磁悬浮隔振器控制以及系统特性分析提供了理论依据。
　　 (2)将磁悬浮主动精密隔振器分别应用到单层单自由度、单层多自由度，双层隔振系统中，建立了磁悬浮主动单层单自由度、单层多自由度及双层精密隔振系统的动力学方程;选择适当的状态变量、输入量和以隔振对象输出加速度大小为输出量，推导了相应系统的状态方程，为下一步建立控制模型及仿真实验做准备。
　　 (3)提出了一种基于输出加速度响应最小的主动隔振控制策略，推导出最优反馈矩阵，建立了控制模型。将控制模型应用到磁悬浮单层单自由度精密隔振系统、磁悬浮单层多自由度精密隔振系统及磁悬浮双层精密隔振系统。仿真结果表明，磁悬浮精密主动隔振系统与被动隔振系统相比，隔振效果显著提高，尤其在谐振区附近磁悬浮主动精密隔振系统，具有很好的隔振效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 论文的研究目的和意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 主动精密隔振研究发展现状

1．3．2 磁悬浮隔振研究发展现状

1．4 论文的主要工作与课题支撑

第2章 磁悬浮主动精密隔振技术及磁悬浮隔振器

2．1 磁悬浮主动精密隔振技术

2．1．1 磁悬浮支承技术

2．1．2 磁悬浮隔振技术

2．2 磁悬浮隔振器的设计

2．2．1 机械部分

2．2．2 控制部分

2．3 磁悬浮隔振器数学模型

2．3．1 磁悬浮隔振器的力学模型

2．3．2 磁悬浮隔振器的仿真分析

2．4 小结

第3章 磁悬浮主动精密隔振系统动力学特性

3．1 引言

3．2 基本假设与系统坐标系

3．3 单自由度磁悬浮主动精密隔振系统

3．3．1 动力学与状态方程

3．3．2 系统可控可观性分析

3．4 多自由度磁悬浮主动精密隔振系统

3．4．1 系统模型

3．4．2 系统动力学方程和状态方程

3．5 双层磁悬浮主动精密隔振系统

3．5．1 系统模型

3．5．2 动力学模型和状态方程

3．6 本章小结

第4章 磁悬浮精密隔振系统的控制模型及仿真研究

4．1 引言

4．2 磁悬浮精密隔振系统控制模型

4．3 控制系统设计及仿真

4．3．1 单自由度磁悬浮主动精密隔振系统仿真分析

4．3．2 多自由度磁悬浮主动精密隔振系统仿真分析

4．3．3 双层磁悬浮主动精密隔振系统仿真分析

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

参考文献