一种主动隔振控制平台制造技术

本发明专利技术公开了一种主动隔振控制平台，它包括主动减振装置和主动隔振控制器，主动隔振装置包括下平台、中间体和上平台，在中间体与下平台之间设有音圈电机作动器，一个安装在上平台和中间体之间的线性可变差分变压器式位移传感器，两个三自由度加速度传感器分别安装在上、下平台上。主动隔振控制器按照主从开放式控制结构设计，由上位控制计算机和下位执行控制器组成，其中上位控制计算机为嵌入式工业控制计算机ＰＣ／１０４主机，下位执行控制器为开放式控制器。本发明专利技术对于低频隔振非常有效，适用于精密制造、精密测量、航天应用等对振动环境有特殊要求的隔振领域。

An active vibration isolation control platform

The invention discloses an active vibration control platform, which includes active vibration absorber and active vibration control, active vibration isolation device comprises a lower platform, and intermediate platform between the intermediate and the lower platform is provided with a voice coil motor actuator, a platform is arranged between the upper and intermediate linear variable differential transformer displacement sensor, two three DOF accelerometers were installed in the upper and lower platforms. Active vibration controller according to the master-slave open control structure design, the upper control computer and lower controller, wherein the upper control computer for embedded industrial control computer PC / 104 host controller for the implementation of open controller. The present invention is very effective for low frequency vibration isolation, and is suitable for vibration isolation fields with special requirements for vibration environment, such as precision manufacture, precise measurement, aerospace application, etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及主动隔振控制系统，特别涉及一种基于音圈电机的主动 隔振控制平台。
技术介绍
随着精密加工、精密测量技术以及航天技术的发展，机电系统中不 可避免的振动现象对产品的加工精度、测量精度以及航天器上有效载荷 所造成的不良影响变得日益突出。例如，在集成电路制造过程中，精密 的机械加工装置和测量用仪器仪表对微米级的微幅振动都非常敏感，以 致微小的振动都会影响芯片的加工精度，缩短机械设备的寿命，甚至对 整个系统造成严重损坏。再比如，对于卫星上用于拍摄地面物体的摄像 头，航天器的微小抖动就会导致所拍摄图像的严重变形。因此为了满足 精密制造、精密测量以及航天应用等领域对环境的振动因素所提出的严 格要求，尤其是有效抑制低频振动的要求，高效高精度的隔振控制平台 的研究显得格外的重要。传统的被动隔振装置能够比较有效地克服高频振动的影响，对低频 振动的隔离效果较差，而且被动隔振装置对时变的振源无能为力。因此 被动隔振装置已经不能满足上述领域中有效抑制振动的要求和精度。目 前主动隔振装置中常用的作动器有如下几种，压电作动器、气动/液压作 动器、磁致伸缩作动器。其中压电作动器主要缺点是驱动力小，变形量 小。气动/液压作动器缺点在于体积大、重量大，辅助设备复杂、时滞大、 控制精度不高，因而不适用于精密隔振场合。磁致伸縮作动器比较适合 在高频、大作动力的隔振场合应用，不过其价格非常昂贵
技术实现思路
为了克服了目前常用的主动隔振作动器的不足，本专利技术是提供一种 基于音圈电机的主动隔振控制平台，进而可以通过振动主动控制算法， 达到对低频振动有效隔离的目的。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种基于音圈电机的主 动隔振控制平台，包括主动隔振装置和主动隔振控制器，两者之间通过 电气连接；所述主动隔振控制器接收主动隔振装置的状态信息，主动隔 振控制器利用振动主动控制算法计算得到控制主动隔振装置的命令。其中，主动隔振装置包括第一三自由度加速度传感器、第二三自 由度加速度传感器、上平台、下平台、 一个减振装置、振源，连接关系 为 一个减振装置固定在上平台和下平台上之间；第一三自由度加速度 传感器安装在上平台上，用于输出上平台的加速度信号；第二三自由度 加速度传感器安装在下平台上，用于输出下平台的加速度信号；振源的 上端部与下平台连接。其中，减振装置由中间体、音圈电机作动器和可变差分变压器式位 移传感器组成，连接关系为 一个中间体固定在下平台上； 一个音圈电 机作动器位于中间体内部，音圈电机作动器的一端部与上平台连接；一 个可变差分变压器式位移传感器安装在上平台和中间体之间，用于测量 输出上平台和下平台的相对位移信号。其中，主动隔振控制器按照主从开放式控制结构设计，由上位控制 计算机和下位执行控制器组成，两者之间通过总线连接。其中，上位控制计算机与下位执行控制器连接，用于接收下位执行 控制器所传给它的加速度信号和相对位移信号，并生成控制所需的信息， 通过总线发送给下位执行控制器。其中，下位执行控制器分别与第一三自由度加速度传感器第二三自 由度加速度传感器和可变差分变压器式位移传感器连接，用于接收第一 三自由度加速度传感器输出上平台的加速度信号、接收第二三自由度加 速度传感器输出下平台的加速度信号和接收可变差分变压器式位移传感 器L的上平台、下平台之间的相对位移信号，并生成控制音圈电机作动器 的模拟控制信号。其中，上位控制计算机为嵌入式工业控制计算机。其中，下位执行控制器为下位开放式控制器。其中，下位开放式控制器包括多轴运动控制卡、第一变送器、第 二变送器、第三变送器和驱动器；多轴运动控制卡分别与第一变送器、 第二变送器、第三变送器以及驱动器电气连接；第一变送器和第二变送 器，各自用屏蔽双绞电缆连接至对应的第一三自由度加速度传感器和第二三自由度加速度传感器；第三变送器，用屏蔽双绞电缆连接至可变差 分变压器式位移传感器；驱动器，用屏蔽双绞电缆连接至音圈电机。 本专利技术具有的有益效果如下1) 本专利技术采用音圈电机作为主动隔振装置的作动器，由于音圈电机 是一种将电能直接转化为直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构 的传动装置，这使得整个隔振装置结构简单、无接触、无磨损、噪声低、 散热好。更重要的是，音圈电机在理论上具有无限分辨率、无滞后、高 响应、高加速度、高速度、力特性好等优点，提供了有效隔离振动的物 理基础。2) 上层控制的主控机采用嵌入式工业控制计算机，采用下位开放式控制器，使得本专利技术在具备高速数据处理能力和实时数据通信能力的基 础上，大大缩小了隔振控制平台的尺寸，减小了能源消耗，降低了隔振 控制平台的整体成本，有效克服了台式计算机体积大、笨重、耗电量大、 高成本的缺陷。同时，本专利技术具有开放的结构体系，方便增加或改变其 硗件配置。3) 本专利技术对隔离低频振动效果明显，能够达到高精度的隔振要求。 对于隔振系统模型中存在的不确定性因素，也能进行有效地抑制。本专利技术可广泛应用于精密制造、精密测量、航天应用等对振动环境 有特殊要求的隔振领域。附图说明图1是基于音圈电机的主动隔振控制平台的配置连接图； 图2是基于音圈电机的主动隔振控制平台的下位开放式控制器内部 连接示意图。具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。 如图l为基于音圈电机的主动隔振控制平台的配置连接图所示，图中 包括主动隔振装置1和主动隔振控制器2，两者之间通过电气连接；其 主动隔振控制器2接收主动隔振装置1的状态信息，主动隔振控制器2利用 振动主动控制算法计算得到控制主动隔振装置l的命令。所述振动主动控制算法采用基于神经网络的近似自适应动态规划方 法，无需建立隔振装置的精确动力学模型，通过测量隔振装置的输入输 出值，训练神经网络控制器达到规定的性能指标，当两个网络均达到收 敛条件，即得到所需的主动隔振控制器2，实现隔振控制。在本专利技术中， 用于实现主动隔振控制器2中传感器获得的信息包括通过线性可变差动变压器(LVDT)式位移传感器L所测得的上平台M1、下平台M3之间的 相对位移信号，第一三自由度加速度传感器A1所测得的上平台M1的加速 度信号和第二三自由度加速度传感器所测得的下平台M3的加速度信号。 主动隔振控制器2中的评判网络和行为网络的训练同时进行，权值的更新 都采用最小二乘梯度下降算法。所述主动隔振装置l包括上平台M1、下平台M3、第一三自由度加 速度传感器A1、第二三自由度加速度传感器A2、减振装置M4、音圈电机 作动器B、可变差分变压器(LVDT )式位移传感器L、振源V;其中 一个减振装置M4固定在上平台M1和下平台上M3之间；第一三自由度加 速度传感器A1安装在上平台M1上，用于测量上平台M1的状态，输出上 平台M1的加速度信号；第二三自由度加速度传感器A2安装在下平台M3 上，用于测量下平台M3的状态，输出下平台M3的加速度信号；振源V为 模拟振源用来产生正弦扰动信号或随机扰动信号，在振源V的上端部安装 下平台M3。所述减振装置M4由中间体M2、音圈电机作动器B和可变差分变压 器式位移传感器L组成，其中 一个中间体M2固定在下平台M3上；一 个音圈电机作动器B位于中间体M2内部，音圈电机作动器B—端部的 动圈端盖部分的输出轴与上平台Ml连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动隔振控制平台，其特征是，包括：主动隔振装置和主动隔振控制器，两者之间通过电气连接；　所述主动隔振控制器接收主动隔振装置的状态信息，主动隔振控制器利用振动主动控制算法计算得到控制主动隔振装置的命令。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯增广，谭民，马嘉，杨涛，梁自泽，李恩，梁潇，蔡丽，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]