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２００７年１２月张春良等：微制造隔振平台振动的模糊广义预测控制
标位置来确定。
一…．。．。直接干扰
徽制造子台／‘厅
位移传感器＼超磁致伸缩致动器ｌ空气弹簧
地基干扰
传感器输出的位移
（西～如）
微制造平台重心位移
Ｏｌ～％）
＝副＝辩
图６微制造平台振动模糊广义预测控制系统
４微制造平台隔振系统振动控制仿真
为了研究模糊广义预测控制的性能和控制效果，以微制造平台在三个平动方向＠、弘ｚ方向）的振动控制为例来研究其模糊广义预测控制仿真。按照前述的方法，将由模态试验得到的微制造平台隔振系统参数（表２）代入有关各式，选取设计参数Ⅳｌ＝４，帆＝３，根据不同情况确定各控制器的加权系数，从而可以分别建立微制造平台三个平动方向０、ｙ、ｚ方向）的模糊广义预测控制模型。
表２微制造平台隔振系统模态试验结果
堡查堕姿！！！兰！！
堡查坐堡！！！！：垒！：模态频率，７ｌ｛ｚ１．８１２．３７２．５８２．９１３．０４４．４０沿工轴平动００ｌＯＯ．１６３Ｏ
沿ｙ轴平动ＯｌＯ－ｏ．２４６ＯＯ
模态沿２轴平动ｌＯＯＯＯＯ
矩阵绕ｚ轴转动０Ｏ．１４４ＯＯ．８２３ＯＯ绕ｙ轴转动００．ｏ．１２３０Ｏ．９８０Ｏ
绕ｚ轴转动ＯＯ００Ｏ１．０００模态阻尼比ｃ，％４．４５４．４５４．２ｌ４．４５４．４５４．４５
在Ｍａｔｌａｂ环境下进行了大量的仿真研究。通过在随机干扰或正弦干扰下的仿真研究，发现采用模糊广义预测控制不仅能保持与模糊控制一样的跟踪特性，而且系统的上升时间和超调量都比采用模糊控制时要小。因此，模糊广义预测控制比较适合应用于类似于微制造隔振平台这类工作环境复杂而隔振效果要求高的系统。图７～９所示为在实际环境干扰作用下的一组仿真结果。图７为应用主动控制前后，微制造平台在ｘ方向的振动位移；图８为应用主动控制前后，微制造平台在ｙ方向的振动位移；图９为应用主动控制前后，微制造平台在ｚ方向的振动位移。仿真结果表明所设计的微制造平台模糊广义预测控制系统具有很好的抑振效果，它可以将干扰所引起的微制造平台的振动在被动控制的基础上减少９０％以上，效果十分显著。
（ａ）被动控制（ｂ）模糊广义预测控制
图７微制造平台在工方向的振动位移
（ａ）被动控制（”模糊广义预测控制
图８微制造平台在ｙ方向的振动位移
（ａ）被动控制（ｂ）模糊广义预测控制
图９微制造平台在ｚ方向的振动位移
５微制造平台隔振系统振动控制试验
为了验证理论分析和计算机仿真结果，检验所研制的微制造平台隔振系统的隔振效果，对微制造平台隔振系统进行了振动控制试验研究。振动控制试验系统如图１０所示。在振动控制试验中，采用９４１Ｂ型超低频测振仪对微制造平台的振动信号进行采样和放大，输入计算机信号通过ＰＣＬ８１２数据采集卡进行Ａ／Ｄ转换为数字量，然后加入控制算法，经过算法处理的信号量再经过Ｄ／Ａ转换为电压信号输出，再经功放系统放大，控制超磁致伸缩致动器产生驱动力和位移，来抵消干扰信号所产生的干扰
一～—一～～ 万方数据
２００机械工程学报第４３卷第１２期力，从而达到振动控制的目的。
（ａ）微制造隔振平台⑩测控系统
图１０微制造平台振动主动控制试验系统
５．１正弦激励振动控制试验
首先对微制造隔振平台进行正弦激励振动控制
试验。激振装置由交流电机和偏心轮组成，并通过
同步带２倍速传动。试验时，激振装置放置于微制
造隔振平台一侧的地面上，通过调节变频器的脉冲
频率调节电机转速，从而改变偏心轮的转速，最终
得到不同频率的周期性干扰信号。试验分被动隔振
和主动控制两种情况进行，其中主动控制采用模糊
广义预测控制，垂直方向的试验结果如图１１、１２
所示，图中实线为微制造平台的振动位移时域信号、
虚线为基础的振动位移时域信号。图１１为在不加主
动控制力、仅有空气弹簧作用的被动隔振情况下，
Ｏ
呈。
高
稔
趔
稃＿ｏ
鞲
—Ｏ
时间ｆ／ｓ
（ａ）激励频率为ｌＨｚ
ｇｉ葛馋毯需骚
（ｃ）激励频率为４Ｈｚ
０
呈。
奄
馋
遥
Ｊ；臀—Ｏ
鞲
－ｏ
０
呈。
奄
馋
翅
蒸＿ｏ
＿ｏ
时间ｆ／ｓ
（ｂ）激励频率为２№
时间ｆ／ｓ
（ｄ）激励频率为ｌＯ№
Ｏ
时问ｆ／３
（ｇ）激励频率为３０Ｈｚ（ｈ）激励频率为５０Ｈｚ
图１１不同频率激励、被动隔振时微制造平台与基础
在ｚ方向的振动位移对比图
…。基础的振动位移——平台的振动位移
微制造平台与基础在ｚ方向的振动位移对比图。图
１２为在空气弹簧和模糊广义预测控制同时作用下，
微制造平台与基础在ｚ方向的振动位移对比图。?
Ｏ
姜。
潍
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蓬一ｏ
—０
Ｏ
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器
毯
蓬加
＿ｏ
时间以
（ａ）激励频率为ｌＨｚ
时间如
（ｃ）激励频率为４Ｈｚ
０
呈。
暴
趟
蠡＿０
卸
时间以
（ｂ）激励频率为２Ｈｚ
（ｄ）激励频率为１０Ｈｚ
（ｇ）激励频率为３０Ｈｚ∞激励频率为５０Ｈｚ
图１２不同频率激励、模糊广义预测控制时微制造平台
与基础在ｚ方向的振动位移对比图
…．基础的振动位移——平台的振动位移
图１１表明，被动隔振可以有效地抑制中高频振
动干扰；对于低频振动干扰，被动隔振有一定的作
用，但是难以有效抑制，特别是难以克服超低频干
扰。从图１１和图１２可以发现：除了激励源输出的
干扰外，基础传递的低频干扰始终存在；而被动隔
振对于低频干扰的抑制效果不明显，但采用模糊广
义预测控制算法的主动控制后，低频干扰信号得到
了有效抑制，效果十分明显。
５．２基础干扰振动控制试验
为了检验所设计的微制造隔振平台及其模糊广
义预测控制系统的隔振效果，在没有外加激励而只
有基础干扰的情况下，分别进行了被动隔振试验、
ＰＩＤ控制试验和模糊广义预测控制试验，垂直方向
的试验结果如图１３～１６所示。图１３为所测得的基
础干扰在ｚ方向的振动位移时域信号。图１４为在不
加主动控制力、仅有空气弹簧的被动隔振情况下，
微制造平台在ｚ方向的振动位移时域信号。图１５为
在空气弹簧和ＰＩＤ控制同时作用下，微制造平台在
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微制造隔振平台振动的模糊广义预测控制
作者：张春良， 梅德庆， 陈子辰， ZHANG Chunliang， MEI Deqing， CHEN Zichen
作者单位：张春良,ZHANG Chunliang(南华大学机械工程学院,衡阳,421001)， 梅德庆,陈子辰,MEI Deqing,CHEN Zichen(浙江大学现代制造工程研究所,杭州,310027)
刊名：
机械工程学报
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
年，卷(期)：2007,43(12)
被引用次数：1次
参考文献(11条)
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10.陈丽萍.CHEN Li-ping精密隔振平台振动的模糊控制[期刊论文]-机械2005,32(4)
引证文献(1条)
1.张建桃.张铁民.梁莉超声电机非线性建模和广义预测控制[期刊论文]-电机与控制学报 2011(6)本文链接：https://www.doczj.com/doc/de16171581.html,/Periodical_jxgcxb200712036.aspx