1.2023 IEEE Sensors Journal:An Ultralow-Frequency Vertical Isolation System Based on Composite Feedforward and Feedback Control
核心思想:本文基础了一种复合前馈(超前-滞后滤波器)和反馈(PID)的主动隔振控制方法,同时,方法中采用了自适应的方法用于更加精确的识别系统的阻尼系数和刚度系数;此外,硬件系统重,加入了三根线性轴承用于限制系统的水平运动(本系统仅考虑垂直方向的隔振);三个音圈电机,以120度进行均匀放置,避免不均衡力导致的系统不稳定和倾斜。
可用句:(1)被动隔振台可有效隔离高频振动,但对低频振动的作用有限或无效;(2)相位补偿器(超前-滞后补偿滤波器, lead-lag compensation filtering),需要使用多个补偿器串联,可实现高的开环增益和系统的稳定性,但需要配置大量参数,这与简单调节相违背;(3)反馈控制提供了好的收敛性、高的稳定性及简单的结构,但存在时延和对不确定系统能力有限的问题;自适应前馈控制,对系统的不确定性具有强的自适应性,可补偿掉反馈控制的缺点,但自适应控制可能出现收敛速度慢和稳定性差的问题,可与反馈控制相结合以弥补缺点。
本文方法:(1)主被动隔振系统模型(谐波振动模型, harmonic vibration model):$m \ddot{x}_m(t)+k\left(x_m(t)-x_g(t)\right)+c\left(\dot{x}_m(t)-\dot{x}_g(t)\right)-F=0$。其中,$x_g(t)$为地面振动,$k$为系统的刚度,$c$为系统的阻尼,$F$为执行器产生的作用力,用于消除振动。作用力$F$:$F=F_{\mathrm{FB}}(t)-\Psi F_{\mathrm{FF}}(t)$,$F_{\mathrm{FB}}(t)$为反馈环的输出力,$F_{\mathrm{FF}}(t)$为前馈环输出的力。
(2)硬件设计:被动隔振台选用Minus K 100BM-4,承载负载重量范围为23-48kg,最小固有频率为0.5Hz;音圈电机选用PBA, cvc19 SF-6,定子固定在铝支架上再固定在隔振台底座,动子固定在被动隔振台面上,气隙为1mm;线性轴承(line bearing),于限制隔振台的水平旋转,有效解决隔振台面水平运动;控制器包括ADC、DAC及FPGA控制器(选用NI Compact RIO-9039,系统采样频率设定为1000).
(3)控制器设计:反馈采用PID作为控制器,前馈采用自适应滤波算法下的相位补偿器。