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| 沈陽第一機床廠超精密加工車床中的振動主動控制 | | 發布者：admin 日期：2012/12/17 點擊：468 | | | 振動主動控制包括開環控制與閉環控制兩類。沈陽第一機床廠開環控制是一種程序控制，其控制器的控制律是預先按規定的要求設置的，與受控對象的振動狀態無關；閉環控制則是根據受控對象的振動狀態實時的外加控制，使其振動滿足預定的要求,其結構如圖1所示.具體地說,就是裝在受控對象上的傳感器測試振動參數,傳感器的輸出信號經適調、放大后傳至控制器，控制器實現所需的控制律，其輸出為作動器的動作命令，作動器通過附加子系統或直接施加作用于受控對象，即構成一閉環振動控制系統。
2振動主動控制的基本方法到目前為止，沈陽第一機床廠振動主動控制技術已發展了多種設計方法，如特征結構配置法，最優控制法，次優控制法，邊界控制法，獨立模態空間法，行波控制法，自適應控制法，結構和控制器聯合優化設計法，智能控制法等，這些方法為振動主動控制的實現奠定了堅實的基礎。根據設計域的不同，設計方法可分為時域設計法、頻域設計法和時域-頻域聯合設計法。時域設計是在狀態空間內進行的，系統的狀態空間表達式為
(1)
式中，A—系統矩陣；B—控制或輸入矩陣；沈陽第一機床廠C—輸出矩陣；D—傳遞矩陣。在許多場合下D=0。矩陣A、B、C、D如與時間t有關，則系統是時變的。否則是時不變的。狀態空間描述反映了系統的內部關系，從而確定了系統的內在結構，這種設計方法適應面極廣，尤其適用于多輸入-多輸出系統，但確定系統的內在結構的過程通常是繁雜的，這一點在考慮復雜的、分布式結構的振動主動控制問題時尤為突出，若采用狀態反饋，則會因狀態信息的缺乏而給實際應用帶來困難，為此可采用輸出反饋，但需以設計難度增大為代價。頻域設計是在實頻或復頻域內進行的，因此它需要系統的傳遞函數(矩陣)模型；對于式(1)表達的狀態空間描述，無論狀態如何選取，對其進行拉普拉斯變換，并考慮零初始條件，總有唯一對應的傳遞函數描述H(s)=C(sI-A)-1B+D(2)
式中，I——單位矩陣。
這種方法對控制器具有單輸入-單輸出(或多輸出)關系的控制律設計來說既方便又直觀，沈陽第一機床廠如從閉環系統的輸入-輸出關系的幅頻特性曲線上可以判斷主動控制的減振效果。目前發展的現代頻域法也適用于多輸入-多輸出系統。時域-頻域設計是吸收上述兩種方法的優點而發展起來的，即首先用時域設計法進行設計，然后采用輸出反饋控制律在頻域上達到最佳地擬合時域設計的效果。對式(1)描述的單輸入情況的系統，其最優控制律為u=-F*x,此時系統框圖 ，且有u(s)/u(s)=F*(sI-A)-1B(3)
狀態反饋的系統輸入-輸出關系
輸出反饋的系統輸入-輸出關系
若采用動態輸出反饋則有u(s)=[F(sI-D)-1E+G]y(s)=H(s)Y(s)此時系統框圖如圖3所示，且有(4)
時域-頻域設計的準則是，在一個頻段[wL,wH]范圍內優選H(s)使與u(jw/u(jw)達到最佳擬合，沈陽第一機床廠即使目標函數E達到極小。式中[·]*——[·]的復共軛轉置；L—頻段[wL,wH]內所取的點數。3振動主動控制技術的應用振動主動控制技術的研究始于50年代末，80年代后進入蓬勃發展階段，現已成功地應用于精密儀表工程、航空航天工程、交通運輸、土木工程和機械工程等領域。振動主動控制的研究與應用在精密儀表工程領域均處于領先地位。美國研制的伺服隔振平臺具有典型意義，沈陽第一機床廠這種用于核潛艇和洲際導彈等運載工具的慣性導航儀測試標定的隔振臺將干擾加速度抑制到10-9g的水平。在航空航天領域主要用于直升機的“地面共振”與“空中共振”的主動抑制、高階諧波控制、機身振動的抑制和航天器大柔性結構(如空間站、大型天線、太陽能電池板、光學系統等)的振動。
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