外文翻译---反馈控制消除机械振动.doc

(Feedback control for canceling mechanical vibrations) 反馈控制消除机械振动线性二次高斯（LQG）控制和线性二次高斯（LQG）技术进行了研究第四个任务是模拟电路测试闭环系统振动系统的主要组成部分是一个振动也就是说，制一个控制信号，以保持加速度为零（或接近），干扰抵消。（代表外部电机外壳）和内部悬挂的构成的模型来表示。处于暂停模式的弹簧和阻尼器连接着这两个物块。电机驱动力是电磁力，它在两个物块之间产生作用，根据驱动（控制）电流的方向使物块分离或将物块拉到一起。电机驱动力就是控制力。 图一 振动控制系统示意图 电动机对作用于（不依赖频率反馈的）上的交流干扰力作出响应。在非常低的频率下，悬挂将使和处于一个相对平衡中。他们的质量被用于平衡电机往返的加速。系统的有效质量就是。而在非常高的频率下，的速度和位移接近于0，并且没有力通过悬挂传递给块。实际上，干扰力仅仅只作用于,所以有效质量是。超过了某个频率范围，在低频与高频方式之间就必须有一个过渡。显然，通过悬挂物的路径具有频率依赖性。在高频下，这个路径消失，因为位移和速度趋近于0。而当频率降低时，这条路径会变得越来越重要。 在一个闭环回路中，控制器将的加速度转换为一个驱动电流，这个驱动电流会在电机内部产生一个对抗控制力。如果控制器在这个频率下有效，那么的加速度将会保持接近于零。假设系统当前处于控制器有效地频率下。作用于电机的干扰力几乎不会产生加速度。因此，在这个频率下有效质量是非常大的。 在某个使控制器无效的频率下，干扰将会产生的加速度，而且有效质量将会接近电机开环质量。所以，闭环系统具有“虚质量”，这是一个频率的函数，他能实现的价值远远高于开环质量。这个虚拟的质量也有一个与之相关的相位角，所以加速度并不是完全与干扰力在同一个相位。虚质量以为单位，它代表从干扰输入信号到输出信号的传递函数的幅度大小。 A.参数辨识 进行试验以确定两个物块、弹簧和阻尼值、电机强度的作用。首先，电机放置在一个厚的而且高度兼容的海绵中，使它从工作台上孤立出来，近似成为一个自由的部署空间。通过观察源频率改变时的负载电压，发现阻抗最大值出现在频率为时。谐振频率是： （1） 下一步，电机放置在实验室的长凳上，使有效地连接到台式物体上，在这种情况下的质量非常大。由于质量很大，的质量接近于。有了这个设置，阻抗最大值的出现转移到51HZ，所以： （2） 整个电机的质量为。假定悬挂的质量可以忽略不计，根据上述关系可以得到以下值：, ,。 通过的加速度的书面计算，来确定电机强度和粘性阻尼系数。 （3） 是干扰力，是控制力。假定干扰力有一个零值，那么下面的大小关系会在高频时保持。 （4） 在这里：。 频率响应程度经过了实验测定。公式（4）中和的数值为：。 B.状态空间模型 通过上一节对测量方式的描述，对状态空间模型将作如下定义：的位置为，的速度为，的位置为，的速度为，的加速度为。给该模型输入控制信号和振动干扰。状态空间模型有一个从干扰输入到系统输出的直接的馈通任期。 在这个含有四个变量模型中，矩阵的秩为2，表明了这种形式的退化和一个更简单形式的存在。某些重新界定状态变量的的双变量模型的实验结果如如图2所示，由相对于的位置，相对于的速度，的加速度。 （5） 图2 厂模型结构 在远高于1KHZ 的频率下，电机有几个重要的结构共振，它的金属外壳就像一个响起的钟。它是理论化了的、与加速度计胶合的电机外壳顶部的鼓共振。为了对抗这个共振源，两个垂直的金属板被粘接在电机顶端，固定在电机外壳和夹层加速度计的下缘。这些加强筋板可以消除一个共振，并减少其他一些共振的振幅，但是一些突出的共振依然存在。可以想象，一个模型可以构建共振，进入“工厂模式”这将大大提高该模式的复杂性。但不管怎么说比起试图去控制那些频率，这是更可行的。也就是说，我们能够通过少于那些频率的回率来保证稳定性，而不是去考虑模型中的共振。 三、控制器的设计 A、性能标准 几个标准被选择来评价控制器的设计。首先，超过了一些有用的频率范围，闭环干扰的响应应尽可能小。这就相当于使虚质量在那个变化范围里尽可能的大。一个绩效指标就是使虚质量至少增大为电机开环质量的10倍。其次，电机漂移在任何频率下都不应该过高，以避免限制悬挂物的运行。第三，在任何频率下，控制力都不应该比干扰力大太多。这就保证了电机不能充分响应的频率时，控制能量不会浪费。图3显示了从控制输入到输出的频率响应幅度。根据图形显示，很明显，通过控制极低的频率干扰，该控制器不会浪费能量。