用于振动主动控制的宽频带复合式驱动器的研究

论文摘要

随着现代工业技术的飞速发展,振动的有效控制已经成为人们越来越重视的问题,众多专家和研究机构对尽可能的减小振动带来的危害,消除由于振动给仪器设备尤其是精密仪器带来的负面影响进行了广泛而深入的研究。而一个振动控制系统中,驱动器是执行机构,是系统的关键环节。但外扰所引起的振动响应往往具有较宽的频带,而现有的驱动器无法满足其要求。因此本文提出一种拓展驱动器频率响应范围,提高驱动器驱动能力的新思路。本文所研究的宽频带复合式驱动器是由传统的电磁驱动器和基于智能材料的压电堆驱动器复合而成的。一般来讲,振动在较低频段往往表现较大的振幅,在较高频段振幅则较小。在欲控制的频带范围内,电磁驱动器主要工作在低频段,且有较大的位移输出,压电堆驱动器可以工作在较宽频带,特别是高频段,但其输出位移较小。本文正好利用了这一特点,将两者有机结合起来,利用前者的大位移驱动特性进行低频驱动,而利用压电驱动器进行高频驱动,实现宽频带复合驱动功能,使组成的振动主动控制系统能够在更宽的频带范围内实现有效控制。本文首先对压电驱动器的工作特性进行了详细分析,然后设计了压电堆驱动器,对其进行了动态性能测试,分析;对电磁驱动器进行了电磁场分析,建立电磁驱动器模型,设计了相应的电磁驱动器的结构形式,对其驱动性能进行分析;设计了组合式驱动器结构,在此基础上设计了分频器,频率补偿器,构成了宽频带复合式驱动器系统;最后对复合式宽频带驱动器系统进行仿真,验证了本文设计的复合式宽频驱动的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 宽频带复合式驱动器研究背景
• 1.2 用于振动主动控制的驱动器研究概况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 压电驱动器及其特性研究
• 2.1 压电效应与压电材料
• 2.1.1 压电效应
• 2.1.2 压电元件工作模式
• 2.1.3 压电陶瓷
• 2.2 压电堆特性及驱动模型
• 2.2.1 压电堆组成特点
• 2.2.2 压电堆的工作特性
• 2.2.3 压电堆的驱动模型
• 2.3 压电陶瓷堆的动态性能试验
• 2.3.1 实验系统设计
• 2.3.2 实验测试方法及步骤
• 第三章 电磁驱动器分析及结构设计
• 3.1 电磁作动器的基本原理
• 3.2 电磁作动器模型建立
• 3.3 电磁作动器的磁路分析
• 3.3.1 电磁场基本理论
• 3.3.2 电磁作动器的磁路计算
• 3.4 电磁作动器的结构设计
• 3.4.1 导磁材料
• 3.4.2 磁芯结构
• 3.4.3 电磁线圈
• 3.4.4 弹簧部分
• 3.4.5 电磁作动器的具体结构形式
• 第四章 驱动器驱动模型研究
• 4.1 概述
• 4.2 最小二乘法
• 4.3 频率域建立数学模型方法
• 4.4 时域动态模型的建立
• 4.4.1 离散时间系统建模
• 4.4.2 连续时间系统建模
• 4.5 驱动器的动态数学模型
• 4.5.1 建模步骤
• 4.5.2 驱动器的动态数学模型建立
• 第五章 复合式驱动器的实现
• 5.1 复合式驱动器控制系统总体设计
• 5.1.1 复合式驱动器结构设计
• 5.1.2 复合式驱动器系统设计
• 5.2 分频器的原理和实现
• 5.2.1 分频器的作用和原理
• 5.2.2 电子分频器
• 5.3 频率补偿理论及实现
• 5.3.1 频率补偿基本原理
• 5.3.2 频率补偿器设计方法
• 5.3.3 频率补偿器实现方法
• 5.3.4 基于数字滤波器实现频率补偿器
• 第六章 复合式驱动的仿真试验
• 6.1 双频信号激励下压电堆和电磁驱动器的响应
• 6.2 双频信号激励下未补偿时压电堆和电磁驱动器的响应
• 6.3 双频信号激励下复合式驱动器的响应
• 第七章 全文总结
• 7.1 全文总结
• 7.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文