长行程超低频水平向电磁振动台中关键技术问题的研究

摘要

本论文结合国家科技基础条件平台建设专项“国家超低频标准振动装置的建立”，对计量用超低频水平向振动台中若干关键技术问题进行了分析和研究。
　　第一章阐述了本文的研究目的和意义。首先介绍了测振传感器及其校准技术，然后回顾了国内外振动计量装置的发展概况，分析了超低频振动台的研究现状，进而指出其技术难点，最后介绍了本文的研究内容与目的。
　　第二章研究了超低频水平向振动台中双磁路结构的设计方法。为改善单磁路结构难以生成长行程均匀气隙磁场的不足，设计了一种由两块反向充磁的永磁磁钢组成的双磁路结构，并利用有限元分析软件对磁路结构进行了仿真分析。为提高磁场的均匀度，分析了一种变气隙双磁路结构，并对气隙形状进行了优化设计，同时对台面漏磁进行了分析。
　　第三章研究了超低频水平向振动台中运动组件的设计。利用简化模型对运动组件中空气导轨的静态特性和稳定性进行了理论计算，分析了不同结构参数对空气导轨静态特性和稳定性的影响;同时，利用有限元分析软件对运动部件进行了动态设计，使该运动部件的第一阶固有频率满足振动台工作频率的要求。
　　第四章研究了超低频水平向振动台的运动控制策略。结合振动台的传递函数模型，设计了一种基于位移反馈的PID控制系统。利用遗传算法对PID控制器的参数进行了整定，进而搭建了位移反馈型闭环控制系统，提高了振动台输出波形的稳定性和精度。
　　第五章对研制成功的超低频振动台进行了实验研究。实验内容主要包括台面漏磁、输出波形失真度、台面横向振动比、稳定性等指标的测试。通过以上实验验证了超低频振动台的综合性能。
　　第六章总结了全文的研究成果，并展望了后续工作。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 测振传感器及其校准技术

1．1．1 测振传感器简介

1．1．2 测振传感器校准的目的与意义

1．1．3 测振传感器校准的内容与方法

1．1．4 超低频测振传感器及其校准

1．2 超低频振动校准装置的研究现状和技术难点

1．2．1 国外振动校准装置的研究现状

1．2．2 国内振动校准装置的研究现状

1．2．3 超低频振动台的研究现状和技术难点

1．3 论文的研究目的与主要内容

1．3．1 论文研究目的

1．3．2 论文主要内容

2 超低频振动台磁路结构设计

2．1 双磁路结构理论分析

2．1．1 双磁路结构简介

2．1．2 双磁路结构的理论分析

2．2 基于ANSYS的双磁路结构有限元分析

2．3 基于ANSYS的双磁路结构优化

2．3．1 优化模型的建立

2．3．2 基于参数化建模的结构优化

2．4 本章小结

3 超低频振动台运动组件的设计与分析

3．1 运动组件总体设计

3．2 空气导轨的静态分析

3．2．1 气体润滑雷诺方程的建立

3．2．2 空气导轨静态特性的理论分析

3．2．3 闭式空气导轨静态特性的数值计算

3．3 空气导轨稳定性的分析

3．3．1 稳定判别式的建立

3．3．2 数值仿真分析

3．4 运动部件的设计

3．5 本章小结

4 超低频振动台控制系统的设计

4．1 振动台控制系统建模

4．1．1 振动台开环特性

4．1．2 振动台闭环特性

4．2 振动台PID控制器的设计

4．2．1 PID控制器简述

4．2．2 基于遗传算法的PID参数整定

4．2．3 PID参数整定结果的仿真验证

4．3 振动台控制系统的搭建

4．4 本章小结

5 超低频振动台的实验研究

5．1 实验装置简介

5．2 台面漏磁测试

5．3 振动台输出性能测试

5．3．1 失真度测试

5．3．2 横向振动比测试

5．3．3 稳定性测试

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历及在学期间所取得的科研成果