单自由度主动隔振系统建模及PID控制

《单自由度主动隔振系统建模及PID控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第9卷第2期重庆科技学院学报(自然科学版)2007年6月单自由度主动隔振系统建模及PID控制刘炜(湖南铁路科技职业技术学院，株洲412000)摘要：对单自由度主动隔振系统建立了数学模型和动力学方程，并对所建立的隔振系统进行了理论和数值仿真研究。结果表明．该主动隔振系统在整个频段均具有很好的隔振效果。关键词：单自由度；主动隔振系统；PID控制；数值仿真中图分类号：TB123文献标识码：A文章编号：1673—1980(2007)02—0079—021问题的提出结构振动会对许多结构系统的工作性能产生巨大影响。振动的控制或隔离对许多工程结构

2、具有重要的现实意义。目前许多重要的学科和工程技术领域都涉及到振动控制这个问题。振动的隔离或控制是众多行业和领域中一个必须面临的工程问题。传统的被动隔振系统因其诸多缺点和不足已不能满足工程中高标准的隔振要求，如被动隔振元件图1主动振动控制系统组成及工作流程的刚度不可能无限制地降低。隔振器参数不能实时对象／77,调节。主动隔振恰好在这些方面具有独特的优越性。因此近年来得到了广泛的研究和应用Ⅲ。在此。以单自由度主动隔振系统为例。针对某精密仪器的结构广I特点，建立了系统的数学模型，并对其进行PID控强生支撑kIL制，对其隔振效果进行计算机仿真，对主被动隔振系统的隔振效果进行了比较。l2主

3、动隔振系统的组成及工作原理＼主动振动控制系统主要包括信息采集和传输系统、主动控制器系统以及作动器系统三大部分。其组图2单自由度主动混合隔振系统模型成及工作流程如图1所示。置于m上的传感器将测量的位移信号传输给控制该系统是闭环控制系统。它根据受控结构的振器。控制器经过一定的控制算法后向作动器输出相动状态进行实时外力控制。使受控结构的振动状态应的物理量。驱使作动器的运动，并产生控制力。跟踪平衡状态【2】。其动力学方程为：3单自由度隔振系统的建模与隔振分析rex'+c+=a+ca+如图2所示为一单自由度主动混合隔振系统的与被动隔振系统相比较。上式的右端多了一个主动驱动力。则图2所示的模

4、型等价于图3的力模型。在图2中。设被控对象的质量为m，弹性支撑的刚度为k。阻尼系数为c。学模型。图3为单自由度主被动隔振系统的模型图。放对上式左右两端进行拉普拉斯变换：收稿日期：2007—01—29作者简介：刘炜(1972一)。男。湖南攸县人。硕士研究生，讲师。研究方向：机电一体化技术。·79·维普资讯http://www.cqvip.com刘炜：单自由度主动隔振系统建模及PID控制析．一方面验证所设计的控制系统在理论上的有效性，另一方面可了解系统各参数对隔振效果的影响，从而选择最符合实际的系统参数以获得最好的控制效果。对主动隔振系统PID控制系统进行仿真，仿真工具采取MATLA

5、B的SIMUUNK软件包。仿真步骤如下：(1)建立被控系统的力学模型，根据力学模型得到系统的运动方程：(2)由系统的运动方程推导出控制系统的数学模XO圈3单自由度主被动隔振系统模型型．即系统的传递函数模型：(3)由系统传递函数建立SIMUUNK中的数值仿ms~x(s)+CSX(3)+后(s)=后0(s)+cj幻(s)+(s)1T真模型：由此得到未加控制力时，‰对传递函数：(4)采用试凑法或其他PID控制器的参数整定G)=赭0Ls：，rk+ccs+方法逐一确定参数、、的值，直至达到满意的当只有控制力，而没有基座激励作用，可得到控仿真结果：制力对的传递函数：(5)对仿真结果进行比较分

6、析，得出相关结论。仿真参数设为m=6kg，c=104N·s／m，k=10N／m，HI(s)==———_Xo(S)，r+CS+结构系统基座对被控对象的传递函数为：上面建立了主动隔振系统的力学模型及其动力105+104s，1，、，一—6s2+10—4s+10~学方程，这是隔振系统控制器设计的前提。对于单自由度隔振系统．其数学分析模型可以采用传递函PID控制系统的仿真模型如图4所示：数描述．控制方法可采用PID控制：而对于多自由度系统，一般须写出系统方程的状态空问描述式，然后基于系统的状态空间描述设计其控制器。本文仅讨论单自由度主动隔振系统。4PID控制器的设计控制器的设计是振动主动控

7、制的核心问题，因控制器设计的好坏直接影响到受控系统的稳定性和控制性能，从而使得控制器设计方法的研究成为整个振动主动控制领域中的一个很重要的方面。PID控制是最早发展起来的方法之一。由于其结构简单，应用中参数整定方便，因此在工业控制中得到广泛图4PID控制系统的仿真模型的应用。应用PID控制对单自由度主动隔振系统进行仿PID控制参数的确定。在PID控制器的设计中，真。通过对正弦激励下的PID仿真结果和随机激励控制效果的好坏很大程度上取决于PID控制参数下的仿真结果进行对比分析，可以