超精密装置PID振动控制系统的设计.doc

摘 要 在仿生啄木鸟头部独特生物构造和隔振机理的基础上，采用主动隔振技术建立了超精密装置隔振系统结构及动力学模型。结合超精密装置隔振系统的结构特点和性能要求，采用闭环PID主动控制系统，用MATLAB软件进行了仿真分析研究。仿真分析结果表明，该振动控制系统宽频率范围内具有良好的减振效果，该系统可应用于超精密测量、超精密制造设备的隔振领域。 关键词：超精密装置；仿生学；主动振动控制；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 录 1 概述 1 2 超精密装置隔振系统模型 2 2.1超精密装置隔振系统结构模型 2 2.2 超精密装置隔振系统的动力学模型 3 3 超精密装置PID振动控制系统设计模型 6 3.1 概述 6 3.2 PID控制原理 7 3.2.1 模拟PID控制器 7 3.2.2数字PID控制算法 8 3.3 自适应控制 13 3.3.1自适应控制的系统框图 13 3.3.2 自适应控制的类型 15 3.3.3 自适应PID控制 18 3.4 智能PID控制 19 3.4.1智能控制的含义 19 3.4.2 智能控制的功能特点 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模糊控制器的组成 22 3.6神经网络PID控制 25 3.6.1引言 25 3.6.2基于单神经元的PID控制 25 3.7预测PID控制 26 3.7.1引言 26 3.7.2动态矩阵预测－PID串级控制 27 3.8超精密装置PID振动控制系统设计模 29 4 超精密装置PID振动控制系统的仿真语言MATLAB 31 4.1 MATLAB发展史 31 4.2 MATLAB的数值计算功能 31 4.2.1 MATLAB的变量和表达式 31 4.2.2 MATLAB数据的输出格式 32 4.2.3 MATLAB常用的基本数学函数 32 4.2.4 矩阵和数组的创建 33 4.2.5 MATLAB的矩阵和数组运算 36 4.2.6 关系运算和逻辑运算 37 4.3 MATLAB中计算结果的可视化 39 4.3.1二维曲线图形 39 4.3.2三维曲面图形 42 4.3.3图形的标注 43 4.4 MATLAB程序 44 4.4.1 M文件的功能和特点 45 4.4.2 M文件的形式 45 4.4.3 MATLAB程序结构 46 5 超精密装置PID振动控制系统仿真研究 48 5.1 仿真概述 48 5.1.1系统 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 仿真步骤 50 5.2 Si