【摘要】：多維振動(dòng)問題普遍存在于機(jī)械、航空航天、車載、儀器儀表等各個(gè)工程領(lǐng)域,嚴(yán)重影響了相關(guān)設(shè)備的性能和使用壽命。到目前為止,還沒有切實(shí)有效的多維減振理論和技術(shù)解決這一工程難題。因此,對(duì)多維減振及其控制技術(shù)展開研究具有重大的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“仿橡膠多維減振平臺(tái)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)理論與非線性解耦控制(50375067)”的資助下,本文以車輛座椅的三維減振為研究應(yīng)用背景,設(shè)計(jì)了一種新型三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為多維減振的主體機(jī)構(gòu),提出了一種混合電磁作動(dòng)器作為主動(dòng)減振系統(tǒng)的執(zhí)行器,設(shè)計(jì)了基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多維減振裝置,并研究了其主動(dòng)控制技術(shù),目的是解決工程實(shí)際中所面臨的多維減振問題。 首先,本文設(shè)計(jì)了一種單永磁和雙永磁混合電磁作動(dòng)器,根據(jù)控制線圈電流大小和方向的變化,可以實(shí)現(xiàn)雙向控制作動(dòng)力輸出。利用等效磁路法和有限元方法分別分析了作動(dòng)器的磁場(chǎng)和電磁力特性,分析了作動(dòng)器在主動(dòng)減振系統(tǒng)中的力學(xué)特性,并通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試了作動(dòng)器的靜態(tài)電磁力特性。 其次,本文設(shè)計(jì)了3—PRRP(4R)三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為多維減振裝置的主體機(jī)構(gòu),對(duì)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,對(duì)其位置正反解、速度、加速度、動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解,分析了該機(jī)構(gòu)的工作運(yùn)動(dòng)空間及其工作空間內(nèi)的奇異性和可操作性,并由此對(duì)機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析表明,機(jī)構(gòu)在垂直方向具有較大的工作空間,在整個(gè)工作空間內(nèi)無(wú)奇異位置,機(jī)構(gòu)的Jacobian巨陣與垂直方向位移無(wú)關(guān),適合作為車輛座椅等場(chǎng)合的三維減振平臺(tái)使用。 再次,對(duì)基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多維減振裝置進(jìn)行了振動(dòng)分析,建立多維減振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程,采用振動(dòng)模態(tài)分析方法分析了系統(tǒng)的固有頻率和振型等動(dòng)態(tài)特性,計(jì)算了系統(tǒng)在多維階躍和隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng),分析了多維減振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)靈敏度,研究了各結(jié)構(gòu)和力學(xué)參數(shù)對(duì)動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)特性的影響,并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 針對(duì)多維主動(dòng)減振裝置,在主動(dòng)控制算法上,設(shè)計(jì)了基于線性二次型GUASS的LQG最優(yōu)控制器和考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定情況下的基于輸出反饋的魯棒控制器。對(duì)多維主動(dòng)減振系統(tǒng)在階躍和隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下分別在MATLAB中進(jìn)行了主動(dòng)控制仿真,得到了系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)及作動(dòng)器的輸出特性,結(jié)果表明系統(tǒng)可以取得了較好的三維減振效果,尤其在低頻范圍表現(xiàn)出較小的振動(dòng)傳遞率,特別在系統(tǒng)力學(xué)參數(shù)變化幅度較大的情況下,主動(dòng)減振系統(tǒng)魯棒控制器表現(xiàn)出了良好的魯棒性。 最后,本文構(gòu)建了基于DSP的多維主動(dòng)減振系統(tǒng),整個(gè)主動(dòng)減振控制系統(tǒng)包括多維減振系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、控制器、電流驅(qū)動(dòng)器以及激振源等。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了包括基于DSP2812的控制器系統(tǒng)、三支路雙向可逆PWM電流驅(qū)動(dòng)器以及控制算法等關(guān)鍵技術(shù)。試驗(yàn)方案對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用基于最優(yōu)控制器進(jìn)行主動(dòng)減振試驗(yàn),結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的多維主動(dòng)減振系統(tǒng)能夠?qū)θS的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)有效的減振控制。 本文開創(chuàng)性地將并聯(lián)機(jī)構(gòu)與主動(dòng)減振技術(shù)相結(jié)合,引入到多維減振領(lǐng)域中來,思路新穎,獨(dú)具匠心。所設(shè)計(jì)的基于DSP、并聯(lián)機(jī)構(gòu)和混合電磁作動(dòng)器的多維主動(dòng)減振系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,控制效果良好,為多維減振控制領(lǐng)域提供了一個(gè)新的方向,具有廣泛的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH112

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2799396