《面向微納加工平台的智慧型隔振系統切換控制研究》是依託重慶大學，由浮潔擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向微納加工平台的智慧型隔振系統切換控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：浮潔
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
微振動對微納加工和精密測量造成的不良影響日益突出，近年來受到廣泛關注。 現有微振動控制主要採用被動隔振技術，但低頻抑制效果差；主動隔振已有研究，但能量消耗大，穩定性差，高頻抑制效果不理想。為獲得更佳的微振動抑制效果，申請人提出採用磁流變彈性體和壓電陶瓷材料設計一種半主動/全主動可切換控制智慧型隔振器，並採用模糊神經網路進行逆模型建立和參數辨識，結合多模態控制思想實現全頻段的振動抑制，具有體積緊湊、控制回響快、定位精度高等特點，為解決微振動控制問題進行了創新性探索。申請人還將切換控制理論與仿人智慧型控制理論相結合，制定了隔振系統的切換控制策略，實現微納加工平台的多姿態振動控制，並利用dSPACE系統和電動振動台建立軟硬體仿真平台以驗證控制效果。該項目研究對微振動控制理論的發展具有重要學術意義和實用價值，同時為智慧型材料（壓電陶瓷、磁流變彈性體）在微納加工和精密測量中的套用提供理論依據和技術儲備。
結題摘要
近年來，隨著微納加工、精密測量與裝配等技術的發展，微振動對精密加工精度的影響變得十分突出。項目採用磁流變彈性體和壓電陶瓷材料設計一種半主動/全主動可切換控制智慧型隔振器，並設計模糊切換控制器實現寬頻微振動抑制。主要完成以下工作：（1）半主動/全主動智慧型隔振器的設計與加工。包括混合隔振器連線方式、磁路設計、最佳化與仿真。（2）磁流變彈性體材料磁致變剛度、變阻尼機理和環境適應性研究。通過實驗對比，確定聚氨酯基和矽橡膠基磁流變彈性作為隔振材料。（3）智慧型隔振器力學性能測試。分別完成壓電執行器、磁流變彈性體隔振器的力學性能測試，根據測試結果給出半主動、主動切換條件（50Hz為主動與半主動控制切換頻率，83Hz為半主動與被動切換頻率），並採用遞歸神經網路對磁流變彈性體隔振器進行模型辨識，與現有建模方法比，所提方法很容易求得系統逆模型，且具有更好的實時性和更高的精度。（4）利用簡支梁搭建基於壓電堆執行器的二分之一精密平台主動控制系統。從理論和實驗兩方面完成簡支梁的模態分析。根據分析結果，設計模糊控制器進行主動控制仿真與實驗驗證，實驗結果表明主動隔振系統對單頻、雙頻和三頻激勵都有很大的抑制，振動加速度均方根最大抑制達到57.02%。該方法不依賴梁複雜的模型，且具有很好的自適應性。（5）針對磁流變彈性體隔振器，搭建四分之一精密平台半主動隔振系統，設計半主動模糊控制器，進行模糊控制仿真與實驗驗證，結果表明半主動隔振器對80-110Hz頻率範圍內的單頻、多頻振動都有很大的抑制，加速度均方根最大衰減達到54.04%。該方法不依賴於隔振系統模型，具有很強的魯棒性，優於現有的ON-OFF控制。（6）搭建半主動/全主動智慧型隔振控制系統。分析模型參數變化對隔振系統性能的影響。並設計模糊切換控制器，並對0-100Hz的單頻、雙頻、多頻等激勵進行模糊切換控制仿真，仿真結果證明了所設計的模糊切換控制器的有效性，其中加速度均方根最大衰減量可達到56.45%。 本項目將壓電陶瓷和磁流變彈性體等智慧型材料及模糊切換控制理論、神經網路理論引入微振動控制領域，仿真和實驗都取得明顯的效果，這極大地推動了智慧型材料、智慧型控制理論在工程中的套用。項目中搭建了半主動/全主動切換控制平台，並最終轉化為產品，進一步推廣到工程中去。因此，將新材料、智慧型控制理論套用於實際系統是本項目的主要研究特色。
