微振动平台的设计、仿真与实验研究

摘要

本文以微振动平台的振动主动控制为主要研究内容，从微振动控制的实际需求出发，采用理论仿真与实验研究相结合的方法，提出了一种微振动平台的实现方案，建立了微振动平台的动力学模型，通过对称布置的电磁作动器实现微振动控制，并在自适应方法的基础上对微振动平台的振动控制进行数值模拟与实时控制，比较详细地开展了相关动力学与控制的基础研究与实验验证。主要研究内容如下： ⑴提出了一种微振动平台的总体设计方案。根据一般微振动平台应具有的功能，设计了该平台的机械结构，并对其进行有限元分析。通过有限元分析得到作动器的动态特性和微振动平台特性，并以实验测试获得作动器的频率响应曲线，为作动器及其控制系统设计奠定基础。 ⑵建立微振动平台的数学模型，研究微振动平台模型在随机激励下的速度反馈控制效果。通过仿真研究得出速度反馈对抑制共振峰具有明显的效果，可以用于平台的振动控制。 ⑶将LMS自适应算法应用到微振动平台的主动控制，编制相应的控制程序，抑制周期激励下的响应。利用MATLAB软件对系统在单频及多频位移干扰下的控制效果进行仿真，验证自适应方法。 ⑷搭建微振动控制实验平台，测试主动控制下的微振动平台的减振效果。采用基于跟踪滤波的Filtered-X LMS的自适应控制方法进行控制，控制方法由NI公司的实时控制器实现。实验结果表明，自适应控制算法可以有效的抑制平台的响应。