【摘要】：多維振動問題普遍存在于機械、航空航天、車載、儀器儀表等各個工程領域,嚴重影響了相關設備的性能和使用壽命。到目前為止,還沒有切實有效的多維減振理論和技術解決這一工程難題。因此,對多維減振及其控制技術展開研究具有重大的理論意義和應用價值。 在國家自然科學基金項目“仿橡膠多維減振平臺設計的系統(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用背景,設計了一種新型三平移并聯(lián)機構作為多維減振的主體機構,提出了一種混合電磁作動器作為主動減振系統(tǒng)的執(zhí)行器,設計了基于并聯(lián)機構的多維減振裝置,并研究了其主動控制技術,目的是解決工程實際中所面臨的多維減振問題。 首先,本文設計了一種單永磁和雙永磁混合電磁作動器,根據控制線圈電流大小和方向的變化,可以實現雙向控制作動力輸出。利用等效磁路法和有限元方法分別分析了作動器的磁場和電磁力特性,分析了作動器在主動減振系統(tǒng)中的力學特性,并通過實驗測試了作動器的靜態(tài)電磁力特性。 其次,本文設計了3—PRRP(4R)三平移并聯(lián)機構作為多維減振裝置的主體機構,對該并聯(lián)機構進行了運動學和動力學分析,對其位置正反解、速度、加速度、動力學方程進行求解,分析了該機構的工作運動空間及其工作空間內的奇異性和可操作性,并由此對機構參數進行了優(yōu)化設計。機構的運動學分析表明,機構在垂直方向具有較大的工作空間,在整個工作空間內無奇異位置,機構的Jacobian巨陣與垂直方向位移無關,適合作為車輛座椅等場合的三維減振平臺使用。 再次,對基于并聯(lián)機構的多維減振裝置進行了振動分析,建立多維減振系統(tǒng)的動力學微分方程,采用振動模態(tài)分析方法分析了系統(tǒng)的固有頻率和振型等動態(tài)特性,計算了系統(tǒng)在多維階躍和隨機振動激勵下的振動響應,分析了多維減振系統(tǒng)的動態(tài)靈敏度,研究了各結構和力學參數對動平臺振動特性的影響,并進行仿真驗證。 針對多維主動減振裝置,在主動控制算法上,設計了基于線性二次型GUASS的LQG最優(yōu)控制器和考慮系統(tǒng)結構參數不確定情況下的基于輸出反饋的魯棒控制器。對多維主動減振系統(tǒng)在階躍和隨機振動激勵下分別在MATLAB中進行了主動控制仿真,得到了系統(tǒng)的振動響應及作動器的輸出特性,結果表明系統(tǒng)可以取得了較好的三維減振效果,尤其在低頻范圍表現出較小的振動傳遞率,特別在系統(tǒng)力學參數變化幅度較大的情況下,主動減振系統(tǒng)魯棒控制器表現出了良好的魯棒性。 最后,本文構建了基于DSP的多維主動減振系統(tǒng),整個主動減振控制系統(tǒng)包括多維減振系統(tǒng)的實驗樣機、傳感檢測系統(tǒng)、數據采集處理系統(tǒng)、控制器、電流驅動器以及激振源等。設計并實現了包括基于DSP2812的控制器系統(tǒng)、三支路雙向可逆PWM電流驅動器以及控制算法等關鍵技術。試驗方案對實驗樣機采用基于最優(yōu)控制器進行主動減振試驗,結果表明本文所設計的多維主動減振系統(tǒng)能夠對三維的振動實現有效的減振控制。 本文開創(chuàng)性地將并聯(lián)機構與主動減振技術相結合,引入到多維減振領域中來,思路新穎,獨具匠心。所設計的基于DSP、并聯(lián)機構和混合電磁作動器的多維主動減振系統(tǒng),結構簡單緊湊,控制效果良好,為多維減振控制領域提供了一個新的方向,具有廣泛的理論意義和實用價值。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TH112

【引證文獻】

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2 江君;少自由度并聯(lián)機器人的減振優(yōu)化設計[D];廣東工業(yè)大學;2013年

3 楊峰;一種可變胞并聯(lián)機構的多維隔振平臺研究[D];山東大學;2013年

4 鄧鳴;3-PCR并聯(lián)機構減振平臺的動態(tài)性能分析[D];江南大學;2013年

本文編號：2799396