摘  要

在仿生啄木鳥頭部獨(dú)特生物構(gòu)造和隔振機(jī)理的基礎(chǔ)上，采用主動(dòng)隔振技術(shù)建立了超精密裝置隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)合超精密裝置隔振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能要求，采用閉環(huán)PID主動(dòng)控制系統(tǒng)，用MATLAB軟件進(jìn)行了仿真分析研究。仿真分析結(jié)果表明，該振動(dòng)控制系統(tǒng)寬頻率范圍內(nèi)具有良好的減振效果，該系統(tǒng)可應(yīng)用于超精密測(cè)量、超精密制造設(shè)備的隔振領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：超精密裝置；仿生學(xué)；主動(dòng)振動(dòng)控制；PID控制

Abstract

To keep the ultra-precision device from the micro-disturbance of environment, a structure and kinetic model of a vibration control system were established with a passive air-spring which reduces vibrations of high-frequency area and a giant magneto strictive actuator which reduces those of low-frequency area, which is imitative of the isolation mechanics and special organic texture of woodpecker’s brain. In consideration of complex vibration environment and nonlinear ultra-precision device, a closed loop PID active control system was adopted. The system was simulated by Matlab. Results of simulations show that the control system can effectively restrain the disturbance whose frequency range form 0-100 Hz. It can be applied to the vibration isolation field of the ultra-precision measuring and manufacturing device.

Key words: ultra-precision device; bionics; active vibration control; PID control

目  錄

1 概述 1

2 超精密裝置隔振系統(tǒng)模型 2

2.1超精密裝置隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型 2

2.2 超精密裝置隔振系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型 3

3 超精密裝置PID振動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型 6

3.1 概述 6

3.2 PID控制原理 7

3.2.1 模擬PID控制器 7

3.2.2數(shù)字PID控制算法 8

3.3 自適應(yīng)控制 13

3.3.1自適應(yīng)控制的系統(tǒng)框圖 13

3.3.2 自適應(yīng)控制的類型 15

3.3.3  自適應(yīng)PID控制 18

3.4 智能PID控制 19

3.4.1智能控制的含義 19

3.4.2 智能控制的功能特點(diǎn) 20

3.5 模糊PID控制 21

3.5.1模糊控制的基本原理 21

3.5.2模糊控制器的組成 22

3.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制 25

3.6.1引言 25

3.6.2基于單神經(jīng)元的PID控制 25

3.7預(yù)測(cè)PID控制 26

3.7.1引言 26

3.7.2動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)－PID串級(jí)控制 27

3.8超精密裝置PID振動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模 29

4 超精密裝置PID振動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真語言MATLAB 31

4.1 MATLAB發(fā)展史 31

4.2 MATLAB的數(shù)值計(jì)算功能 31

4.2.1 MATLAB的變量和表達(dá)式 31

4.2.2 MATLAB數(shù)據(jù)的輸出格式 32

4.2.3 MATLAB常用的基本數(shù)學(xué)函數(shù) 32

4.2.4 矩陣和數(shù)組的創(chuàng)建 33

4.2.5 MATLAB的矩陣和數(shù)組運(yùn)算 36

4.2.6 關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 37

4.3 MATLAB中計(jì)算結(jié)果的可視化 39

4.3.1二維曲線圖形 39

4.3.2三維曲面圖形 42

4.3.3圖形的標(biāo)注 43

4.4 MATLAB程序 44

4.4.1 M文件的功能和特點(diǎn) 45

4.4.2 M文件的形式 45

4.4.3 MATLAB程序結(jié)構(gòu) 46

5 超精密裝置PID振動(dòng)控制系統(tǒng)仿真研究 48

5.1 仿真概述 48

5.1.1系統(tǒng) 48

5.1.2模型 48

5.1.3仿真的必要性 49

5.1.4 仿真方法 49

5.1.5 仿真步驟 50

5.2 Simulink仿真 51

5.2.1 模塊庫簡介 53

5.2.2  Simulink仿真的步驟 54

5.3 超精密裝置PID振動(dòng)控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 58

6 結(jié)論 60

參考文獻(xiàn) 61