高科技厂房微振动混合控制的算法研究

论文摘要

本学位论文来源于国家自然科学基金项目:城市轨道交通激励下高精密设备平台微振动混合控制(项目批准号: 50578058),对一个高精密设备隔振平台混合控制的算法进行了理论与仿真研究。20世纪中后期开始,高新技术的发展日新月异,微机电系统(MEMS)技术就是其中之一,并迅速发展为一个新兴的科学技术领域。作为一个微系统,其在制造、测量的过程中,需要一个非常稳定的高精密设备隔振平台。高精密设备隔振平台需要隔离的环境干扰是复杂的,不仅要求隔离如大地脉动、机器运转、车辆行驶、人员走动等引起的地面振动,还要求对空调气流、声音、马达等引起的作用于平台的振动能够有效控制。高精密设备平台隔振系统的设计需要考虑的振动频率范围为0~100Hz,属于低频范围内的隔振,仅有被动控制已不能满足这一要求,加入主动控制的混合控制才能满足高精密设备隔离高频干扰和低频干扰的要求。本文开展以下研究工作:1)本文首先根据文献资料建立了三层厂房内的高精密设备密隔振平台的动力学模型,对平台受力分析写出了简化的动力学方程,并给出了各参数的初始取值,为了考虑方便,所有的情况均仅涉及到Z方向,外部激励考虑了地面干扰及作用于平台上的直接干扰,并在分析中利用了干扰噪声。2)根据所建立的动力学方程,利用MATLAB软件对高精密隔振平台展开控制分析。本文用了现代控制理论中的2种控制算法,首先利用了最为经典的LQG控制,对隔振平台进行了振动控制并考察了其控制前后的位移及速度曲线;另外用了H_∞鲁棒控制的方法重复了上述LQG控制的过程,同样得到了控制结论。3)针对以上2种控制方法,首先比较2者分别对隔振平台微振动控制的优劣,在此基础上,同时改变某个参数,分别利用2种方法进行控制,看控制效果的波动;另外,再同时改变多个参数,比较2种控制方法的控制效果。高精密设备隔振平台的防微振系统需要控制方法对低频的抑制能力强,针对这个要求,本文分别利用LQG控制跟H_∞鲁棒控制对其进行控制,这两种控制方法由于实际的干扰信号精度以及高精密平台的参数精确性不能完全确定而存在控制效果的差别,为了研究其控制性能,本文进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及背景
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 国内外研究概况
• 1.2.2 主动振动控制方法的发展情况
• 1.3 本课题研究的目的及意义
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 高科技厂房内的隔振平台及其动力学分析
• 2.1 引言
• 2.2 典型的高科技厂房模型
• 2.3 高精密设备隔振平台模型
• 2.3.1 高精密设备平台模型
• 2.3.2 液压作动器
• 2.4 设置在高科技厂房内的隔振平台动力学分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 高精密设备平台的微振动控制
• 3.1 引言
• 3.2 LQG控制算法及其SIMULINK仿真
• 3.2.1 LQG控制理论的介绍
• 3.2.2 线性二次型Gauss最优控制方法状态方程
• 3.2.3 对于控制系统所描述的状态空间的分析
• 3.2.4 线性二次型Gauss控制系统的设计方法
• 3.2.5 系统LQG控制的SIMULINK仿真
• ∞鲁棒控制算法及其SIMULINK仿真'>3.3 H_∞鲁棒控制算法及其SIMULINK仿真
• ∞鲁棒控制理论的介绍'>3.3.1 H_∞鲁棒控制理论的介绍
• ∞鲁棒控制标准问题描述'>3.3.2 H_∞鲁棒控制标准问题描述
• ∞鲁棒控制器设计'>3.3.3 H_∞鲁棒控制器设计
• 3.3.4 小增益理论
• ∞混合灵敏度问题'>3.3.5 H_∞混合灵敏度问题
• 3.3.6 混合灵敏度问题加权阵的选择
• ∞鲁棒控制器设计'>3.3.7 应用MATLAB软件进行最优H_∞鲁棒控制器设计
• ∞鲁棒控制器设计的SIMULINK仿真'>3.3.8 系统最优H_∞鲁棒控制器设计的SIMULINK仿真
• 3.4 两种控制算法的简单比较分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 LQG控制与最优鲁棒控制的简单比较
• 4.1 引言
• 4.2 对于两种控制算法同时改变一个参数进行对比
• 4.2.1 只改变高精密平台的刚度
• 4.2.2 只改变高精密平台的阻尼
• 4.2.3 同时改变高精密平台的刚度及阻尼
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢