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| 沈陽第一機(jī)床廠超精密加工車床中的振動主動控制 | | 發(fā)布者：admin 日期：2012/12/17 點(diǎn)擊：518 | | | 振動主動控制包括開環(huán)控制與閉環(huán)控制兩類。沈陽第一機(jī)床廠開環(huán)控制是一種程序控制，其控制器的控制律是預(yù)先按規(guī)定的要求設(shè)置的，與受控對象的振動狀態(tài)無關(guān)；閉環(huán)控制則是根據(jù)受控對象的振動狀態(tài)實(shí)時的外加控制，使其振動滿足預(yù)定的要求,其結(jié)構(gòu)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(shù),傳感器的輸出信號經(jīng)適調(diào)、放大后傳至控制器，控制器實(shí)現(xiàn)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(tǒng)或直接施加作用于受控對象，即構(gòu)成一閉環(huán)振動控制系統(tǒng)。
2振動主動控制的基本方法到目前為止，沈陽第一機(jī)床廠振動主動控制技術(shù)已發(fā)展了多種設(shè)計方法，如特征結(jié)構(gòu)配置法，最優(yōu)控制法，次優(yōu)控制法，邊界控制法，獨(dú)立模態(tài)空間法，行波控制法，自適應(yīng)控制法，結(jié)構(gòu)和控制器聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計法，智能控制法等，這些方法為振動主動控制的實(shí)現(xiàn)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)設(shè)計域的不同，設(shè)計方法可分為時域設(shè)計法、頻域設(shè)計法和時域-頻域聯(lián)合設(shè)計法。時域設(shè)計是在狀態(tài)空間內(nèi)進(jìn)行的，系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式為
(1)
式中，A—系統(tǒng)矩陣；B—控制或輸入矩陣；沈陽第一機(jī)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(guān)，則系統(tǒng)是時變的。否則是時不變的。狀態(tài)空間描述反映了系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系，從而確定了系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計方法適應(yīng)面極廣，尤其適用于多輸入-多輸出系統(tǒng)，但確定系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)的過程通常是繁雜的，這一點(diǎn)在考慮復(fù)雜的、分布式結(jié)構(gòu)的振動主動控制問題時尤為突出，若采用狀態(tài)反饋，則會因狀態(tài)信息的缺乏而給實(shí)際應(yīng)用帶來困難，為此可采用輸出反饋，但需以設(shè)計難度增大為代價。頻域設(shè)計是在實(shí)頻或復(fù)頻域內(nèi)進(jìn)行的，因此它需要系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(矩陣)模型；對于式(1)表達(dá)的狀態(tài)空間描述，無論狀態(tài)如何選取，對其進(jìn)行拉普拉斯變換，并考慮零初始條件，總有唯一對應(yīng)的傳遞函數(shù)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(guān)系的控制律設(shè)計來說既方便又直觀，沈陽第一機(jī)床廠如從閉環(huán)系統(tǒng)的輸入-輸出關(guān)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(fā)展的現(xiàn)代頻域法也適用于多輸入-多輸出系統(tǒng)。時域-頻域設(shè)計是吸收上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的，即首先用時域設(shè)計法進(jìn)行設(shè)計，然后采用輸出反饋控制律在頻域上達(dá)到最佳地擬合時域設(shè)計的效果。對式(1)描述的單輸入情況的系統(tǒng)，其最優(yōu)控制律為u=-F*x,此時系統(tǒng)框圖 ，且有u(s)/u(s)=F*(sI-A)-1B(3)
狀態(tài)反饋的系統(tǒng)輸入-輸出關(guān)系
輸出反饋的系統(tǒng)輸入-輸出關(guān)系
若采用動態(tài)輸出反饋則有u(s)=[F(sI-D)-1E+G]y(s)=H(s)Y(s)此時系統(tǒng)框圖如圖3所示，且有(4)
時域-頻域設(shè)計的準(zhǔn)則是，在一個頻段[wL,wH]范圍內(nèi)優(yōu)選H(s)使與u(jw/u(jw)達(dá)到最佳擬合，沈陽第一機(jī)床廠即使目標(biāo)函數(shù)E達(dá)到極小。式中[·]*——[·]的復(fù)共軛轉(zhuǎn)置；L—頻段[wL,wH]內(nèi)所取的點(diǎn)數(shù)。3振動主動控制技術(shù)的應(yīng)用振動主動控制技術(shù)的研究始于50年代末，80年代后進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于精密儀表工程、航空航天工程、交通運(yùn)輸、土木工程和機(jī)械工程等領(lǐng)域。振動主動控制的研究與應(yīng)用在精密儀表工程領(lǐng)域均處于領(lǐng)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(jī)床廠這種用于核潛艇和洲際導(dǎo)彈等運(yùn)載工具的慣性導(dǎo)航儀測試標(biāo)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(lǐng)域主要用于直升機(jī)的“地面共振”與“空中共振”的主動抑制、高階諧波控制、機(jī)身振動的抑制和航天器大柔性結(jié)構(gòu)(如空間站、大型天線、太陽能電池板、光學(xué)系統(tǒng)等)的振動。
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