毕设记录_论文阅读（面向精密主动减振器的音圈电机优化设计与驱动控制）_20241218

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论文引用

三种隔振技术

论文中1.3.1节“隔振技术的类型”主要总结了三种隔振技术：被动隔振技术、半主动隔振技术和主动隔振技术。以下是对这三种技术的总结：

1. 被动隔振技术：
2. 被动隔振技术不需要外部能量输入，依靠被动隔振元件（如弹簧、空气弹簧、橡胶等）实现振动隔离。
3. 原理：通过隔振系统中设计的势能消耗和储蓄装置来隔离、损耗或转移振动能量。
4. 优点：结构简单、成本低、可靠性高、使用寿命长，适用于高频段隔振。
5. 缺点：在低频段和高频段难以同时实现优良的隔振性能，存在谐振峰问题，可能导致振动放大。

2. 半主动隔振技术：
3. 半主动隔振技术介于被动隔振和主动隔振之间，其关键参数（如刚度、阻尼）可变，需要外部能量输入。
4. 分类：包括主动变刚度隔振技术（AVS）和主动变阻尼隔振技术（AVD）。
5. 优点：应用广泛，隔振性能良好，系统可靠性高，对外界能源需求少。
6. 缺点：相对于被动隔振技术，结构和控制更为复杂。

3. 主动隔振技术：
4. 主动隔振技术需要从外界摄入能量，通过主动执行器（如音圈电机）提供动态控制力来抵消振动。
5. 优点：动态响应快、隔振带宽高、性能稳定且优秀，适用于低频段和高频段的隔振。
6. 缺点：需要持续的外部能量输入，系统复杂，成本相对较高。

这三种隔振技术各有优缺点，适用于不同的应用场景和需求。随着技术的发展，主被动复合隔振技术逐渐成为研究的热点，结合了被动隔振和主动隔振的优点，以实现更广泛的隔振性能。

主动隔振致动器发展现状

致动器（Actuator），也称为执行器或作动器，是主动隔振系统中不可或缺的关键部分。其主要功能是将控制器和驱动器传递的电压或电流等电信号转换为机械系统所需的应变、位移和驱动力等。一个性能优良的主动隔振系统离不开高性能的致动器。对致动器性能的要求包括刚度、线性度、可靠性、通频带、极限输出力或位移、温度或湿度稳定性等方面。近年来，随着技术的不断发展，除了传统的气动致动器、液压致动器和电磁致动器外，各种智能材料致动器如电致伸缩致动器、压电陶瓷致动器、形状记忆合金致动器、超磁致伸缩致动器和压电薄膜致动器等也得到了广泛研究和应用。

1. 气动作动器
   气动作动器通常由气缸和气动回路器件组成，通过调节伺服阀控制气缸中活塞的位置，从而输出位移和力，实现主动隔振。其优点是结构简单、易于控制、稳定可靠且环保。然而，由于空气的压缩性，气动作动器存在迟滞等非线性问题，响应速度较慢，且气泵噪声较大。因此，气动作动器通常用于隔振要求不太高的场合。
2. 液压致动器
   液压致动器由液压缸和液流回路组成，其输出特性优于气动致动器，因为液体相对于气体不易压缩。但液压致动器的输出延时较长，存在运动死区和低速爬行问题，且液压油通常对环境有害。因此，液压致动器适用于频率低、输出力要求大的控制情况。
3. 电磁致动器
   电磁致动器通过电流在磁场中受力的原理输出主动控制力。其优点包括高带宽、响应快速、无摩擦力等非线性因素影响，控制模型易于推理，适用于复杂的随机或周期性振动抑制。此外，基于电磁致动器的磁悬浮隔振技术也得到了很好的发展和广泛应用。
4. 压电式致动器
   压电材料因其应变与所受电场成正比关系，且这种效应是双极性的，因此可作为致动器使用。利用逆压电效应，通过施加电场，致动器可输出固定位移，实现动态控制。压电式致动器控制精度高、响应快速、无发热、能量利用率高，但输出力较小，且存在滞后现象。通常用于高频和小控制力的场合。
5. 超磁致伸缩致动器
   超磁致伸缩致动器（GMA）使用超磁致伸缩材料（GMM）制成。其响应快速、驱动电压低、输出应变大，但也存在非线性问题。
6. 形状记忆合金致动器
   形状记忆合金（SMA）致动器利用材料在低温时变形、在温度升高时恢复原状的特性，输出应变或驱动力进行主动控制。其优点是外形尺寸小、环境稳定性好、可靠性高，但响应速度较慢，适用于对实时性要求不高的隔振场合。

主动隔振控制策略

主动隔振控制策略的研究现状主要包括以下几种方法：

1. PID控制：
2. 优点：控制器结构简单易懂，参数调整简捷。比例环节、积分环节和微分环节在系统中都有实际意义，它们的改变将直接改变系统的刚度、阻尼。
3. 局限性：在低阶的线性时不变系统中效果较好，但在复杂的非线性、时变系统中效果较差。
4. 独立模态空间控制：
5. 原理：通过线性变换将系统在物理坐标系中的运动微分方程转换到模态坐标系中，从而将各个相互耦合的物理坐标解耦到模态相互独立的模态空间中。
6. 局限性：需要确定受控系统是可控且可观的，且在实际控制中，因为系统可用于控制的资源有限，需要对模态进行截断，因而会造成剩余模态的溢出问题。
7. 最优控制：
8. 核心：求解最优化的输入变量的过程，其方法可以是最优滤波、极值原理以及动态规划等。
9. 局限性：最优化计算量大，且最优控制依赖于模型，而通常模型都是降阶的，因而所求出的最优解只是局部最优解而不是全局最优解。
10. 自适应控制：
11. 原理：基于一定数学模型以及遵循特定性能指标的控制方法。需要借助在线辨识的手段，不断改善模型，改变被控系统的参数，从而使得系统获得某种程度上的自适应能力。
12. 应用：目前在振动隔离控制中应用比较多的是参考模型自适应控制方法以及自校正控制方法。
13. 模糊控制：
14. 原理：基于自动控制得到改进的一种控制方法，其最重要的内容就是设计模糊控制器。不需要对系统进行精确建模，因而对于有较多不确定因素的控制问题是一种有效的控制手段。
15. 研究方向：主要研究的目标是对隶属度函数的改进和优化，有学者应用最优化技术来求解隶属度函数，也有学者利用遗传算法来获得最优隶属度函数。
16. 最新研究进展
    1. PID控制的改进：
17. 研究方向：包括前馈补偿的PID控制算法，通过在传统PID控制中引入前馈补偿通道，提前对系统的已知扰动或输入信号进行补偿，从而增强控制系统的响应速度与抗扰能力。
2. 模糊控制在主动隔振中的应用：
18. 研究方向：基于T-S模糊方法的车辆主动悬架多目标控制研究，通过采用T-S模糊控制方法将稳定性分析和性能优化不等式组进行融合，在较小路面激励下采用较大的加速度权重。
3. 自适应控制在主动隔振中的应用：
19. 研究方向：例如在发动机主动隔振系统中，利用预补偿模型参考自适应逆控制方法（PCMRAIC控制），在宽频段内对主动控制的次级通道实施线性化控制。
    这些研究和应用表明，主动隔振控制策略正在不断发展和完善，为各种隔振需求提供了更加高效和精准的解决方案。

振动信号测量传感器市场调研

以下是一些生产振动信号测量传感器的知名企业：

1. 北京神州翔宇技术有限公司
2. 专注于智能化振动噪声测试技术及应用，产品包括振动传感器、数据采集记录与分析、振动与噪声分析系统等。

北京神州翔宇技术有限公司

2. KEYENCE
3. 全球知名的传感器及动态测试仪器生产厂家，产品广泛应用于航空、航天、船舶、兵器等领域，首创的ICP®技术使得传感器的使用更加方便。

基恩士（KEYENCE）

3. 安费诺（Amphenol）
4. 提供多种振动监测产品，包括加速度计、速度位移传感器等，适用于旋转机械设备的振动测量和分析。

安费诺（Amphenol）

4. 山东利恩斯智能科技有限公司
5. 生产加速度传感器，广泛应用于建筑物的振动监测。

山东利恩斯智能科技有限公司

5. 西安精准测控有限责任公司
6. 国内专业传感器公司，拥有自主生产研发的陀螺仪传感器、加速度计、倾角传感器等产品。

西安精准测控有限责任公司

6. 上海天沐传感器有限公司
7. 从事传感器研究生产，提供多种位移传感器。

上海天沐传感器有限公司

7. Micro-Epsilon
8. 提供高精度位移传感器、红外温度传感器等，适用于工业应用。

Micro-Epsilon

主动隔振产品市场调研

以下是一些生产主动隔振产品的知名企业：

1. Kurashiki Kako
2. 日本公司，是全球模块化主动隔振系统头部厂商之一。

Kurashiki Kako

2. Ametek (TMC)
3. 美国公司，旗下品牌包括TMC，专注于主动隔振系统的研发和生产。

Ametek (TMC)

3. Tokkyokiki Corporation
4. 日本公司，提供多种主动隔振解决方案。

Tokkyokiki Corporation

4. Showa Science
5. 日本公司，致力于主动隔振技术的开发和应用。

Showa Science

5. The Table Stable
6. 瑞士企业，提供高精度主动隔振系统，适用于精密设备和实验装置。

The Table Stable

6. Kinetic Systems
7. 提供多种主动隔振产品，广泛应用于精密测量和制造领域。

Kinetic System

7. Integrated Dynamics Engineering
8. 提供先进的主动隔振技术，适用于各种工业和科研应用。

Integrated Dynamics Engineering

8. Park Systems (Accu-Terrascan)
9. 提供高性能主动隔振系统，适用于半导体和纳米技术领域。

Park Systems (Accu-Terrascan)

9. 大连地拓精密科技股份有限公司
10. 中国公司，专注于主动隔振系统的研发和生产，提供精密设备基座和防微抗振基座平台。

大连地拓精密科技股份有限公司

主动隔振技术国内外研究现状

1. 中科院的宴巨等学者设计的六自由度主动隔振系统。图中所示的系统用电磁悬浮作为主动隔振系统的主动致动器，实验结果证明该系统可以兼顾跟踪低频信号和衰减高频振动的功能，可以跟踪 3Hz 带宽的信号；同时可以在 1000rad/s 的频率处实现-80dB 的振动衰减。
   但是该系统只有主动隔振部分，未加入被动隔振系统，因而全频带的振动衰减都需要靠主动致动器执行，对主动执行器的动态性能要求非常高。

2. 浙江大学的张春良学者则是利用仿生学原理，仿照啄木鸟的头部设计了一个六自由度主动隔振平台。其被动隔振元件采用空气弹簧，主动隔振元件采用超磁致伸缩材料。
   该平台利用主被动复合的形式，可以实现宽频带内的振动衰减。实验结果表明加入 PID 主动控制之后可以在被动隔振的基础上将振动衰减 62%；加入模糊广义预测控制后可以在被动隔振的基础上将振动衰减 80%。但是由于采用的是超磁致伸缩器，非线性特别明显，在某些频段可能严重影响隔振性能，甚至削弱被动隔振的效果。

3. 哈尔滨工业大学的田一夫等人设计了基于音圈电机的主动隔振系统。由三个隔振单元实现六自由度的振动隔离，每个隔振单元由一个空气弹簧和两个音圈电机组成。
   实验表明该隔振系统可以将振动速度衰减 42%，固有频率衰减 16%；可以实现多自由度的主动隔振。但是被动隔振采用的是空气弹簧，因而需要干净的气源，成本高。同时由于被动隔振元件和主动隔振元件组合在一起，因而其放置方式对隔振性能有着非常大的影响。

4. 韩国的 Park 等人则是设计了弹簧和音圈电机组合的主动隔振平台。图 1-13表示的是该隔振平台的实物图。音圈电机采用的是圆柱形音圈电机，四个音圈电机实现三个自由度的主动隔振控制。同时四个钢丝弹簧起到支撑和被动隔振的作用。实验表明该隔振平台可以在 2Hz 的低频处实现-20dB 的衰减，效果非常的显著。但是由于采用的是圆柱形音圈电机，耦合非常严重，需要增加导向杆。而导向杆的加入这带来了接触摩擦力，造成系统的非线性明显，给控制系统的设计带来了困难。

作者：行然梦实