电主轴-刀具系统不平衡振动的主动控制

为了有效抑制由刀具的质量不平衡引起的电主轴系统不平衡振动,提出了一种电主轴系统不平衡振动的主动控制方案,首先研究了双绕组感应型电主轴的结构、工作原理及径向控制力模型,借助有限元法建立了感应型柔性电主轴系统的动力学模型以及研究了FBLMS(Fast Block Least Mean Square)自适应滤波控制算法,设计了感应型柔性电主轴-刀具系统不平衡振动的主动控制系统,通过有限元法确定了径向控制力的系数以及单边磁拉力的系数,研究了经典PID控制器以及FBLMS自适应滤波控制器对刀具端不平衡振动的控制效果,结果表明FBLMS自适应滤波控制器对抑制电主轴-刀具系统端不平衡振动具有更佳控制效果.     

基于内置力执行器的砂轮不平衡振动主动控制

为了有效的控制由砂轮质量不平衡引起的不平衡振动,本文提出了一种新的控制砂轮不平衡振动的主动控制方案,该控制方案中用来抑制振动的电磁力源于无轴承电机径向磁悬浮力产生的原理。本文首先研究了双绕组感应型电主轴的结构及工作原理,径向控制力的模型及砂轮的受力模型,用有限元法建立了感应型柔性电主轴-砂轮的动力学模型,设计了感应型柔性电主轴-砂轮不平衡振动的主动控制系统,用有限元法分析了当电机转子偏心和不偏心时,控制绕组电流加入对电机内部性能的影响,结果表明该控制方案完全可行并且对抑制砂轮端不平衡振动具有显著作用。     

高速电主轴轴向振动研究

针对高速电主轴轴向振动直接影响立式加工件品质高低问题,用有限元法建立高速电主轴转子-轴承动力学模型,分析系统固有特性。轴向一阶固有振型为转子刚体振动振形,固有频率远低于一阶径向振动,理论计算固有频率结果与实验结果误差较小;据线性二次型最优控制理论对高速电主轴轴向振动的主动抑制进行理论分析,设计输出反馈控制系统,建立闭环动力学模型。实例计算结果表明,闭环系统能有效抑制高速电主轴轴向振动。     

基于压电换能器的柔性梁动力学建模及主动振动控制

本文以Euler-Bernoulli柔性梁为研究对象,在铰接-自由的边界条件下,运用哈密尔顿原理以及变分和积分的数学方法建立了柔性梁系统的动力学模型.采用假设模态法离散柔性梁的弹性变形,通过数值求解得到柔性梁弹性变形的振型函数.为了能够快速抑制柔性梁的弹性振动,基于压电换能器对其进行主动振动控制.结合压电换能器的传感器和作动器的动力学模型,推导了压电换能器主动控制力作用下柔性梁系统的整体动力学方程.利用MATLAB/Simulink对所建立的动力学模型进行仿真实验研究,发现在施加外界主动控制力的作用下,柔性梁系统的弹性振动得到了有效的抑制.     

砂轮不平衡振动主动控制的实验研究

砂轮不平衡振动会影响工件表面的质量,降低砂轮的耐用度。为了降低由砂轮不平衡振动造成的危害,作者提出了一种内置力执行器的砂轮不平衡振动主动控制方案,并在前期进行了理论分析与研究。在此基础上,对内置力执行器电机的绕组参数及柔性电主轴-转子系统进行了设计;并借助DSP2812建立了砂轮不平衡振动主动控制的实验平台。在此平台上,对不同转速下砂轮的不平衡振动进行了主动控制的实验研究,证明了该主动控制方案在控制砂轮端不平衡振动方面的可行性,为进一步的应用研究提供了参考依据。     

柔性主从手臂系统自适应混合控制的研究

以柔性主从手臂系统为研究对象,提出了一种新的自适应混合控制方法。建立了系统的动力学模型,在系数敏感性实验的基础上,分析了控制器权重系数对系统性能的影响,提出根据系统实时跟踪误差调整控制器中的权重系数,进而设计了自适应双向控制器和基于LQR的自适应伺服控制器。并以此为基础,通过选取合理的阈值,将两种自适应控制器有效结合,设计了自适应混合控制器。实验结果表明,自适应混合控制有效提高了系统运动的稳定性,并显著减少了柔性执行手臂的振动衰减时间。     

姿态受控柔性臂空间机器人的自适应神经网络容错控制及残振抑制

针对执行器发生部分失效故障的漂浮基姿态受控柔性臂空间机器人系统,研究了执行器故障的容错控制及柔性臂杆残余振动的主动抑制。结合假设模态法、线动量守恒定理和第二类拉格朗日方程建立了系统的动力学微分方程。基于奇异摄动理论将系统分解为一个表征载体姿态与关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个表征柔性臂杆残余振动的快变子系统;据此设计了由慢变子系统的自适应神经网络容错控制器与快变子系统的线性二次型最优调节器组成的复合控制器;其中,慢变子系统的容错控制器使得系统对执行器故障不敏感,保证了跟踪误差的渐进收敛;快变子系统的最优调节器可以有效地抑制柔性臂杆引起的残余振动,减少能量损耗。对比数值仿真校验了理论推导的正确性与复合控制策略的可行性。     

混合轴承多跨转子多频轴承传递力自适应控制

介绍了一种基于电磁执行器动力特性可控的混合轴承结构;用有限元法建立了多跨转子系统的动力学模型,分析了转子通过轴承给基础的传递力及传递力控制的原理;基于自适应最小均方算法,提出了一种基于误差信号子带滤波,由多个单频力控制器并联而成的变步长自适应轴承传递力控制器;以双轴多跨转子系统为例对轴承传递力主动控制器的有效性进行了理论仿真。结果表明,提出的多跨转子系统多频轴承传递力主动控制方法可以有效地抑制转子系统对基础的传递力。     

参数不确定漂浮基柔性空间机械臂载体姿态、关节协调运动及柔性振动主动抑制的混合控制方案

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,漂浮基柔性空间机械臂系统可保证载体姿态、关节角协调运动变结构控制鲁棒性并同时抑制所产生柔性振动的混合控制方案。该变结构控制仅设计来完成渐近解耦的载体姿态及关节角轨迹追踪,而不能对柔性振动模态进行控制;为了主动抑制柔性杆的振动,使用虚拟控制力的观念生成了变结构控制所需的混合轨迹,从而为柔性空间机械臂设计了追踪混合轨迹的混合控制方案。数值仿真结果证实了该混合控制方案在系统参数不确定情况下,能够使载体姿态及机械臂关节角稳定地追踪期望轨迹并对所产生的柔性振动进行主动抑制。     

改进型负输入整形与最优控制结合的振动抑制方法

针对诸如柔性机械臂这类柔性系统的主动振动控制问题,提出了基于改进型负输入整形和最优控制结合的振动抑制方法。以柔性机械臂为研究对象,设计最优状态反馈控制实现其旋转机动任务及柔性振动抑制。为增强柔性振动抑制效果和改善系统的运动时间,根据引入线性二次型调节器(LQR)反馈后整个闭环系统的振动频率和阻尼比设计改进型负输入整形器作为前馈控制器。将前馈控制与反馈控制相结合能发挥其各自的优点,提高系统的性能。仿真分析结果表明,所设计的混合控制策略可以有效地抑制柔性振动,且可以减少系统响应时间的延迟和加快系统响应速度。     

基于磁力等效原理的刚性磁悬浮转子系统高精度在线动平衡

针对磁悬浮飞轮转子不平衡振动问题,提出了一种在线动平衡方法。其基于磁轴承控制作用力与转子不平衡离心力之间的等效原理,通过检测磁轴承的控制作用力解算转子不平衡校正质量。设计了零位移控制器,使转子绕几何轴旋转,此时磁轴承的控制作用力与控制电流呈线性关系,通过测量控制电流来准确获得磁轴承的控制作用力。该方法消除了传统方法由动力学模型过度简化带来的误差,尤其适用于强陀螺效应的扁平型刚性磁悬浮转子系统。实验验证了该方法的有效性,对提高磁悬浮转子系统的动平衡精度具有实际意义。     

基于工况识别的IWM-EV主动悬架MOPSO模糊滑模控制

轮毂电机电动汽车(in-wheel motor electric vehicle,IWM-EV)的电机激励与车辆系统的耦合特性严重的恶化车辆的动力学性能以及电机的工作稳定性,针对这种振动负效应问题,建立了考虑机电耦合的车辆动力学耦合模型,并设计了工况识别的主动悬架多目标粒子群(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)模糊滑模控制器。基于傅里叶级数法建立了轮毂电机的垂向不平衡激励与电机转矩的电机模型;将电机模型与车辆动力学模型结合建立了电机与悬架联合的垂向-驱动非线性动力学耦合模型。基于耦合模型分析了车辆的机电耦合振动负效应特性,针对模型强非线性的特点,设计了耦合模型的非线性控制器。仿真结果表明,控制器能既能有效的减小电机的相对偏心率,抑制电机不平衡电磁力,又能提升车辆动力学性能,有效的抑制了轮毂电机电动汽车的振动负效应。     

基于磁流变悬置的动力装置垂向隔振控制与试验研究

悬置阻尼宽频可控对动力装置实现积极隔振具有重要意义。分析了基于挤压模式的磁流变半主动悬置工作原理和阻尼特性,在建立动力装置垂向隔振模型的基础上,设计出模糊自适应隔振控制器,用量化、比例因子自调整算法降低不同工况下动力装置垂向激励力的传递;给出了一种改进的天棚控制算法,通过抑制动力装置振动来降低能量传递。设计出动力装置隔振台架试验系统,在不同工况下进行了隔振对比试验。结果表明,在动力装置处于中低转速时,可控磁流变悬置能在宽频范围内把力绝对传递率抑制到25%内,隔振效果优于橡胶悬置;而磁流变悬置垂向隔振方法中,兼顾振动传递率和激励频率的模糊自适应控制,优于通过抑制动力装置自身振动来隔振的天棚控制。     

基于分段PD控制的振动基弹药传输机械臂轨迹跟踪控制

针对一种新型带振动底座的弹药传输机械臂的轨迹跟踪控制问题,设计一种鲁棒控制器。阐明了弹药传输机械臂的工作原理以及三维模型,利用第二类拉格朗日方法建立了弹药传输机械臂动力学模型。在控制力范数有界的假设下,基于分段线性控制算法以及计算力矩法,设计了反馈控制器。控制律表现为增益可变的比例微分控制,在动态过程中,控制器增益根据系统当时状态偏差以阶跃方式按设定规律作相应改变,当系统接近或达到终端状态时,控制器的增益趋于动态平衡状态。控制力输入总是满足给定的约束条件。采用龙格库塔法在MATLAB环境下进行数值仿真。结果表明,该控制器能很好地抑制基座的振动以及载荷不确定性带来的影响,满足自动装弹机的精确快速轨迹跟踪控制,具有良好的鲁棒性。     

基于DNA遗传算法的气动驱动柔性梁振动控制

采用气动脉冲码调制(Pulse Code Modulation,PCM)方式,给出一种基于有杆气缸驱动进行压电柔性梁振动控制系统。考虑到系统的复杂性,采用DNA-GA进行参数自适应整定控制。首先,介绍气动系统和控制回路;利用系统模型进行了能控性和基于性能指标函数控制算法的稳定性分析。其次,阐述了DNA-GA进行控制参数优化的原理和方法,进行了数学仿真研究。最后,建立了试验装置,进行同时气动定位和振动控制试验研究。理论分析、仿真和试验研究结果表明,采用DNA-GA参数自适应整定控制算法可改善控制系统动态性能,有效抑制柔性梁的大幅值低频模态振动。     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

柴油机管道系统全主动吸振技术实验研究

针对柴油机管道振动的特点与规律,建立基于梳状滤波器的频域自适应控制器,形成频域自适应控制全主动吸振技术。在模拟管道台架上对此项技术减振性能进行实验研究,结果表明该技术具有良好的减振效果。     

基于LMS算法的磁悬浮轴承系统振动补偿

主动磁悬浮轴承转子高速旋转时会对系统产生周期性不平衡激振力响应,此响应会降低系统的控制精度、稳定性以及限制转子速度的提高等.针对此响应对系统的影响,首先,从轴承转子机械特性及系统控制过程分析系统周期性力产生的原因;其次,以振动在系统控制过程中体现的正弦形式信号为处理对象,采用最小均方差(LMS)算法与数字PID联合控制的方法实现滤波补偿;然后,通过分析定步长LMS算法与PID参数及被处理信号的频率的相互影响,提出了一种依据转子位移信号频率变化而实时变频切换补偿的控制策略;最后通过实验台实验验证了方法的有效性,为轴承转速的进一步提高奠定基础.     

模糊自适应滤波的主动控制方法研究

由于主动控制中广泛使用的自适应滤波 - x L MS算法只适用于线性控制问题 ,针对一些非线性问题 ,本文提出利用一种非线性自适应滤波方法——基于模糊逻辑系统的自适应滤波方法来解决一类参考信号与外扰呈非线性函数关系的前馈主动控制问题。仿真结果表明 ,该模糊自适应滤波器优于线性滤波器的控制效果     

自适应控制算法在振动主动控制中的应用

通过试验研究主动控制振动传递的效果。采用频率在线估计和跟踪滤波的自适应控制方法,将以分量型式抑制谐波干扰引起的振动。在控制过程中,通过递推计算进行频率估计,用中心频率随动的带通滤波器进行信号跟踪,并在基本LMS方法的基础上形成自适应控制器。建立了多点控制试验台,实施跟踪滤波的自适应对消。结果表明：自适应方法能够很好地抑制谐波干扰的影响;对于多点隔振,控制通道之间存在强烈耦合作用,整体隔振效果与被控结构的振动模态相关。