基于模糊PID控制的准零刚度磁悬浮隔振平台的设计与实现

为有效降低系统固有频率,获得外部振动在多频段的强衰减,以永磁电磁混合作动器为负刚度结构提出并设计了一种准零刚度的磁悬浮隔振平台,实现了基于模糊PID(proportional integral differential)算法的振动主动控制系统.首先,通过特性分析与参数计算,基于准零刚度理论完成了准零刚度磁悬浮隔振平台的方案设计;其次,建立磁悬浮隔振系统模型,提出基于模糊PID算法的振动主动控制策略,可主动调节系统的等效刚度和阻尼;最后,基于Speedgoat实时目标机开发振动主动控制系统,搭建隔振测试平台,并开展了隔振性能测试.研究结果表明:本文设计的准零刚度磁悬浮隔振平台通过采用模糊PID的控制策略能够主动调节PID参数,动态调整系统的等效刚度和阻尼;外部振动频率在20~100 Hz频率段内,振动衰减率大于80%;外部振动频率在100~500 Hz频率段内,振动衰减率大于90%.

磁力负刚度弹簧的汽车悬架非线性特性分析

为了提升汽车被动悬架隔振性能,利用永磁铁间异性相吸的特性,构建了一种用于在汽车悬架中产生负刚度的磁力弹簧。提出了将磁力弹簧增设于汽车被动悬架的隔振器内构成磁力悬架。依据被动悬架相关参数对磁力弹簧的材料、尺寸方面进行了分析选定。同时利用MATLAB/Simulink建立了汽车1/4磁力悬架模型,通过与被动悬架进行对比,分析了磁力悬架在时域、频域下的非线性特性及其传递函数和共振特性。结果表明:在保证系统总刚度大于零的前提下,磁力弹簧的非线性特性能够缩小悬架共振区间,增加悬架隔振效果。且随着非线性程度加深,隔振性能呈非线性增加。

滑模控制在磁悬浮隔振器中的隔振特性研究

针对磁悬浮准零刚度隔振器刚度非线性强的特点,设计了滑模控制器控制磁悬浮隔振器的电磁力输出。首先基于简化的2自由度系统的仿真动力学模型在MATLAB/Simulink环境下验证了滑模控制算法对磁悬浮隔振器与常规型隔振器并联后在扫频激励工况下的有效性,对比分析了磁悬浮隔振器在一级以及二级隔振位置对于隔振系统的影响,并与传统的常规隔振系统进行了隔振效果对比。仿真结果表明:采用滑模控制算法控制磁悬浮隔振器同一级橡胶隔振器并联,增加了低频机组振动烈度,大幅度减小全频域范围构架的动反力和振动烈度,降低隔振系统传递率,对于工程实践有很好的借鉴效果。

激光干涉绝对重力仪参考棱镜隔振系统仿真

在激光干涉绝对重力仪中,参考棱镜在背景振动和系统自振的作用下呈现复杂的振动模式,严重影响了整机的测量准确度.针对此问题,本文基于磁悬浮原理设计了参考棱镜的反馈式两级振动隔离系统,建立了系统的动力学模型,在不同的反馈方式下推导了相应的传递函数,进行了Matlab仿真分析以确定最优的反馈方式.系统仿真结果表明绝对速度反馈方式的隔振效果可达100 dB,与自主研发的Age-110型激光干涉绝对重力仪的联合测试结果表明,该隔振系统可将Age-110的测量精度再提高1.5倍.

磁悬浮隔振器动态电磁力实验与建模

磁悬浮隔振器的核心部件是电磁作动器,得到其输出电磁力与线圈电流及气隙之间的模型对实现磁悬浮隔振器的主动隔振有着重要的意义。实际系统中,磁悬浮隔振器运动频率对电磁力模型参数有较大影响,为了得到比较精确的符合实际的电磁力模型,对原有模型进行了修正,给出了新的考虑频率因素的修正模型;并且设计了基于MTS809的动态电磁力实验建模方案,直接根据电磁力实时测量数据辨识得到动态电磁力修正模型,而不需要对磁路进行任何假设。实验结果表明,该方法建立的电磁力修正模型更符合实际情况。

差动式磁悬浮主动隔振系统的控制机理研究

在对磁悬浮主动隔振系统的核心部件——差动磁悬浮主动隔振器的电磁力进行实验测量的基础上,利用最小二乘法对实验数据进行拟合,得到主动隔振器的电磁力-电流-气隙之间关系的实际表达式。提出了一种基于力传递率的主动隔振控制机理,给出了价值函数的表达式。考虑主动隔振器的实际能力,对此价值函数进行修正,得到修正的价值函数,推导出最优反馈矩阵。基于此主动控制机理,建立控制模型,在扫频信号激励下,进行仿真分析。仿真结果表明:差动式磁悬浮主动隔振系统具有良好的隔振特性,与传统的被动系统相比,对低频干扰的隔振效果提高(即:力传递率降低)了2dB-3dB,尤其对谐振频率下的干扰,隔振效果提高了8dB-10dB。为了进一步验证方法的可靠性,搭建实验平台,通过实验方法进行验证。实验结果表明:在低频段有较好的隔振效果,尤其在谐振区附近隔振效果更为明显,提高了6dB-8dB,与仿真结果基本吻合。

基于遗传算法的复杂双层磁悬浮精密隔振系统LQR控制研究

主被动结合混合隔振技术能充分利用主被动隔振的各自优势,是精密隔振的研究热点。磁悬浮隔振技术具有无接触、无摩擦、寿命长、支承参数可控可调等特点,在主动精密隔振领域内得到广泛研究。设计磁悬浮主动隔振器并将其应用到被动精密隔振系统组成复杂双层磁悬浮精密隔振系统,建立了其动力学方程,推导出了相应系统的状态方程,提出了一种基于最小加速度响应的LQR主动隔振控制策略,并采用遗传算法进行优化,得到Q与R矩阵的值,并进行仿真研究。仿真结果表明:在不同的激励下,复杂双层磁悬浮精密隔振系统较被动隔振系统,隔振效果都有显著提高。

基于磁悬浮隔振器的主动隔振控制实验研究

研究了一类新型磁悬浮隔振系统的主动控制问题.以研制的一种大承载能力、大工作行程的磁悬浮隔振器为作动器,构建了隔振实验平台.采用最小二乘法辨识得到了磁悬浮隔振器的静态电磁力模型.基于此模型和提出的一种改进的归一化变步长的LMS算法,设计了自适应前馈主动隔振控制律,并在实验平台上进行了实验.实验结果表明:与广泛采用的滤波x-LMS算法相比,新算法不仅无需精确的次级通道模型信息,还能够保证收敛速度;在所设计的自适应前馈控制律的作用下,磁悬浮隔振器的基频主动隔振效果显著,在考虑了由于隔振器非线性等因素引入的非基频分量后,其整体的主动隔振效果仍然十分明显.

变刚度浮筏隔振系统功率流传递特性分析

设计了磁悬浮支承隔振单元结构,并应用于多自由度浮筏隔振系统。以带有刚度可调的磁悬浮支承隔振单元的隔振系统为研究对象,建立数学模型,推导出其传递到系统基础上的功率流数学表达式。通过实例分析了磁悬浮支承刚度、基础尺寸、浮筏质量,以及浮筏转动惯量对传递到基础上功率流的影响,为浮筏隔振系统的优化设计和磁悬浮隔振控制系统设计提供了可遵循的依据。

新型混合磁悬浮主动隔振的研究

提出了一种新型变阻尼变刚度的混合磁悬浮隔振系统,利用等效磁路法计算了混合磁悬浮系统的电磁作用力,并分析了所实施的主动反馈控制系统性能。分析表明,主动控制作用下的隔振系统具有可控的刚度和阻尼特性,同时与其他电磁结构比较,其是一种隔振功耗很小的隔振系统。文中介绍了基于DSP的主动控制隔振试验,并分析了在隔振系统中各控制参数对隔振效果和控制的阶跃响应性能的影响。结果表明,这是一种在各频率上均具有很好隔振效率的隔振系统,具有广泛的应用前景。

磁悬浮支承双层隔振系统的半主动模糊隔振控制

设计了磁悬浮支承单元结构,并将其应用于双层隔振系统中。根据该结构和磁悬浮支承与双层隔振的特征,建立了半主动输出反馈的模糊控制器,通过调节磁悬浮支承单元的电流,改变磁力从而获得系统的最佳刚度。仿真分析该半主动控制双层隔振系统与最优被动双层隔振系统在相同复杂信号激励下输出力曲线。另外,还仿真分析了在冲击激励下,系统的输出力曲线。结果表明,半主动输出反馈模糊控制下的磁悬浮支承双层隔振系统的隔振效果与抗冲击特性优于常规最优被动隔振。

基于混合算法的磁悬浮隔振器模型辨识与验证

针对磁悬浮隔振器动态电磁力模型存在非线性及磁滞且很难建立其精确模型的问题,提出了基于BP算法、改进遗传(MGA)算法的混合算法的BP神经网络的模型辨识方法,建立了磁悬浮隔振器动态电磁力-气隙-电流关系的模型。结果表明,基于混合训练算法辨识得到的模型具有更高的精度,能够满足磁悬浮隔振器动态电磁力模型辨识需求。最后,搭建了磁悬浮隔振实验平台,建立控制模型,并验证了辨识模型的有效性。

基于DSP和PWM技术的电磁悬浮隔振系统

考虑到电磁悬浮隔振系统中执行器的动态响应慢和非线性的特点 ,从随动系统的角度 ,提出了一种采用位移、速度和作用力反馈的多回路控制策略。理论分析表明 ,采用作用力闭环可以改善执行器的动态响应 ,而利用局部状态观测器可以处理执行器的非线性特性。最后 ,给出了一种基于数字信号处理器和脉宽调制技术的实现方案。

变刚度双层隔振系统仿真分析

针对宽频扰动时双层隔振系统对低频扰动隔振效果差的问题,将具有可控刚度的磁悬浮隔振器与金属弹簧隔振器并联,实现双层隔振系统刚度的调节。主机从启动到运转至最低稳定转速以及在最低稳定转速处稳定运转时,通过改变磁悬浮隔振器通电电流大小,研究双层隔振系统在不同电流作用下对主机扰动的隔振效果。仿真结果表明,通过改变磁悬浮隔振器电流大小来调节双层隔振系统的刚度,能够改善双层隔振系统对主机低频扰动隔振效果差的问题。