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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:莊鎮文
研究生(外文):Chen-Wen Chuang
論文名稱:力量估測器於主動式振動抑制實作
論文名稱(外文):Implementation of Active Vibration Control with Force Estimator
指導教授:曾逸敦
指導教授(外文):Yih-Tun Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:51
中文關鍵詞:力量估測主動式振動控制
外文關鍵詞:Force estimatorActive vibration control
相關次數:
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近年來在結構振動控制之研究與設計中,主動式振動控制為一重要的研究主題。本論文將探討受線性馬達定位引起外力激振之平台的主動式振動控制,控制目標為降低平台振動量。本文將引入外力抵消的概念,以降低外力對平台振動的影響。為了能實現外力相消,本研究將使用外力估測器,並發展控制方法來實現主動式振動控制。在控制方法中,外力估測器是利用逆動態技術來設計,但在外力相消之後,仍有些許的殘留外力存在,因此設計了順滑模式控制控制器作為補償,順滑模式控制對外擾和系統參數誤差具有強健性,以確保外力壓抑的效果。順滑模式控制器內含一個外力估測器,可以估測未知的外擾,如此便不需要受限外擾上界而影響順滑模式控制器設計及性能,大大提高了順滑模式控制的實用性。本論文將著重於外力估測器性能的探討以及控制方法對平台振動改善的情形。
In the control of the vibration structure, active vibration control is an important topic during these years. In this thesis, an active vibration control strategy is proposed to improve the vibration problem in a linear motor positioning system. The main purpose of the present research is to reduce the vibration of the positioning system. A force estimator is applied to suppress extra force produced from a linear motor positioning system. However, uncertain parameters of the system and external disturbance degrade the accuracy of the force estimator. A sliding controller has been designed to enhance the performance of the control system. The performance of the force estimator and the improvement of the control strategy have been discussed thoroughly in this research.
The computer simulation and experiments both show encouraging results of the proposed control strategy. The vibration induced from a linear motor positioning system can be suppressed to the expected amplitude 0.0956 when the linear motor position completed.
總目錄
摘 要 I
AbstractII
總目錄III
圖目錄VI
表目錄IX
第一章 緒論1
1.1 研究動機1
1.2 研究目的1
1.3 論文架構1
第二章 文獻回顧3
2.1被動式與主動式結構振動控制3
2.1.1被動式結構振動控制3
2.1.2主動式結構振動控制4
2.2建立系統動態模式的方法5
2.3振動控制方法6
2.3.1力量估測方法:8
2.3.2順滑模式控制器9
第三章 系統模式建立10
3.1 激振系統模式建立10
3.1.1 線性馬達定位平台硬體架構10
3.1.2 激振力來源11
3.2 激振系統模式參數 , 及 之鑑別12
3.2.1 等效質量 之鑑別13
3.2.2 等效彈性係數 之鑑別14
3.2.3 等效結構阻尼 之鑑別15
3.3 動態方程式參數確認18
3.4 致動器介紹與抑振原理22
3.4.1致動器介紹22
3.4.2 致動器作動原理23
3.4.3求取壓電輸入電壓與輸出力量關係常數25
第四章 控制器設計30
4.1力量估測器30
4.2 順滑模式控制器32
4.3 模擬結果35
第五章 振動控制實驗40
5.1 實驗設備架構40
5.2 實驗步驟:40
5.3 實驗方法41
5.4 實驗結果42
第六章 結論與建議46
6.1 結論46
6.2 建議46
參考文獻47
附錄A 儀器設備詳細規格 50
圖目錄
圖2. 1 機台震動訊號圖7
圖 3.1 線性馬達定位機台結構圖10
圖 3.2 單一自由度系統之等效圖11
圖 3.3 滑子與定子之受力圖12
圖 3.4 測量系統自然頻率實驗設備示意圖14
圖 3.5 機台功率頻譜分佈圖15
圖 3.6 位移隨時間變化圖16
圖 3.7 位移、速度、加速度向量關係圖17
圖 3.8 (a)機台振動加速度圖;(b)區段放大圖18
圖 3.9 參考系統的模式確認說明圖19
圖 3.10 機台真實加速度與模擬加速度比較圖20
圖 3.11 測量系統波得圖實驗設備示意圖21
圖 3.12 系統真實波得圖與模擬波德圖比較22
圖 3.13 線性馬達定位機台加上致動器側視圖23
圖 3.14 致動器作動原理說明圖25
圖 3. 15 積層型壓電陶瓷致動器構造圖26
圖 3. 16積層型壓電陶瓷致動器位移_電壓圖26
圖 3. 17積層型壓電陶瓷致動器位移_力量27
圖 3. 18 朱俊傑力量常數求取實驗架構27
圖 3. 19 改善後力量常數求取實驗架構28
圖 3. 20 壓電輸入電壓與輸出力量關係圖29
圖4.1 估測器基本架構圖30
圖4.2 sign 函數示意圖33
圖4.3 sat 函數示意圖34
圖4.4 線性馬達PID定位模擬方塊圖35
圖4.5 線性馬達PID定位位址時間圖35
圖4.6 原始系統模擬輸出37
圖4.7 加入力量估測器後輸出結果37
圖4.8 力量估測器結合SMC之sign 函數與力量估測器結合SMC之sat 函數比較圖38
圖4.9 力量估測器與力量估測器結合SMC之sat 函數比較38
圖4.10 力量輸出無飽和與有飽和情形比較圖39
圖5. 2 10mm1Hz實驗結果圖42
圖5. 3 10mm2Hz實驗結果圖43
圖5. 4 2mm1Hz實驗結果圖44
圖5. 5 2mm2Hz實驗結果圖44
圖5. 6 10mm1Hz傳統設計法與SMC實驗結果比較圖45
表目錄
表3. 1 力量常數求取實驗數據29
表4.1 模擬組別表36
表 5. 1 主動式控制實驗分組表41
表 5. 2 實驗結果數據表45
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