六自由度磁懸浮隔振平臺(tái)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著材料科學(xué)、基礎(chǔ)物理、生命科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，越來(lái)越多的科學(xué)試驗(yàn)希望利用地球軌道的失重環(huán)境進(jìn)行開展。然而在空間環(huán)境下，由于空間站上運(yùn)動(dòng)部件高速周期性運(yùn)動(dòng)、人員移動(dòng)、軌道機(jī)動(dòng)等因素，會(huì)使空間站本體產(chǎn)生低頻率、小幅值、長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)。許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要一種主動(dòng)振動(dòng)抑制系統(tǒng)來(lái)提供滿足要求的微重力環(huán)境。為了衰減甚至消除這種振動(dòng)，本文描述了一種基于磁懸浮原理的振動(dòng)主動(dòng)抑制平臺(tái)。
　　課題首先基于振動(dòng)環(huán)境，提出了磁懸浮振動(dòng)主動(dòng)抑制平臺(tái)

2、的參數(shù)指標(biāo)，并基于磁懸浮原理，描述了振動(dòng)主動(dòng)抑制平臺(tái)的工作原理，并圍繞磁懸浮控制系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。
　　基于提出的磁懸浮控制方案，為了提高系統(tǒng)的控制精度，構(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)較為精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)中所使用的傳感器、驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了模型建立與參數(shù)辨識(shí)。
　　為實(shí)現(xiàn)磁懸浮隔振平臺(tái)中浮動(dòng)平臺(tái)的三維位姿測(cè)量，避免接觸引入的誤差，采用了光學(xué)非接觸的二維 PSD傳感器。建立三維位姿測(cè)量數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)傳感器布局。結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證了三維位

3、姿測(cè)量方法的準(zhǔn)確性。
　　對(duì)單自由度被控模型建立基本動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)三種基本反饋控制方案進(jìn)行了篩選，基于古典控制理論，完成了磁懸浮隔振系統(tǒng)單自由度控制器設(shè)計(jì)，并完成了單自由度控制器的離散化工作。在單自由度控制器基礎(chǔ)上，結(jié)合磁懸浮隔振平臺(tái)的具體配置，得出了系統(tǒng)六自由度狀態(tài)空間模型，并對(duì)模型進(jìn)行了分析與推導(dǎo)。最終使用設(shè)計(jì)的六自由度控制器進(jìn)行振動(dòng)抑制試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的磁懸浮振動(dòng)抑制系統(tǒng)基本滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)需求,對(duì)于55Hz的定頻振動(dòng)