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博碩士論文 etd-0912102-124132 詳細資訊
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論文名稱
Title
力量估測器於主動式振動抑制實作
Implementation of Active Vibration Control with Force Estimator
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
51
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2002-07-30
繳交日期
Date of Submission
2002-09-12
關鍵字
Keywords
力量估測、主動式振動控制
Force estimator, Active vibration control
統計
Statistics
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中文摘要
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。

Abstract
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.
目次 Table of Contents
總目錄
摘 要 I
Abstract II
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
參考文獻 References
A. Cavallo, G. De Maria, R. Setola, “A sliding manifold approach for vibration reduction of flexible systems”, Automatica, 35, 1999, pp1689-1696

B.C.Moore, ”On the Flexibility Offered by State Feedback in Multivariable Systems Beyond Closed Loop Eigenvalue Assignment”, IEEE transactions on automatic control, Oct 1976, pp689-692.

B.M.Hanson, M.D.Brow, J.Fisher, ”Self Sensing: Closed-Loop Estimation For a Linear Electromagnetic Actuator”, Proceedings of the American Control Conference Arington VA June25-27 2001.

Balas, M. J., ”Feedback Control of Flexible System”, IEEE transactions on automatic control, Vol.AC-23, NO.4, Aug 1978, pp673-679.

Der-An Wang, Yii-Mai Huang, ”Vibration control of a beam using the nearlt optimal control algorithm with a disturbance force observer”, The Chinese Jounal of Mechanics , Vol.17, No.4, December 2001.

Fuller, C., & von Flotow, A. H., ”Active control of sound and vibration”, IEEE Control Systems, 1995, 15, 9-19.

Junkins, J. L., Kim, Y., ”Introduction to dynamics and control of flexible structures.”, AIAA education series. Washinton, DC. 1993.

Ho Seong Lee, Masayoshi Tomizuka, ”Robust motion controller design for high-accuracy positioning systems”, IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol. 43,No. 1,Februay 1996.

H. Hansen Colin and D. Snyder Scott, ”Active Control of Noise and Vibration.”, London : E. & F.N. Spon , 1997.

J. Zhao, M. J. Kamper, F. S. van der Merwe, ”On-line control method to reduce mechanical vibration and torque ripple in reluctance synchronous machine drives ”, Industrial Electronics, Control and Instrumentation, 1997.

J.Yuh, S.Zhao, P.M.Lee, ”Application of Adaptive Disturbance Observer Control to an Underwater Manipulator.”, Proceedings of the 2001 IEEE International Conference on Robotics & Automation Seoul, Korea-May 21-26,2001
Jian Colin Sun; Xiaochun George Wang; Fengfeng Jeff Xi, “Sliding mode active vibration control of circular saws”, Control Applications, 2000. Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on, 2000, pp953 –958

Kemalettin Erbatur, Okyay Kaynak, ”Use of Adaptive Fuzzy Systems in Parameter Tuning of Sliding-Mode Controllers”, IEEE/ASME transations on mechatronics, Vol. 6, No. 4, December 2001.

L.K.Wong, Frank H.F.Leung, Peter K.S.Tam, ”Fuzzy sliding controller for nonlinear system”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 48, No.1, pp32-37, February.

Meirovitch, L., ”Dynamic and control of structures.” New York: Wiley- Interscience Publication.1990

Preumont A., Dufor J., & MaleH kian C., ” Active damping by a local force feedback with piezoelectric actuators.”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 15, 1992, pp390-395.

Robert L. Forward, ”Electronic damping of vibrations in optical structures”, Applied Optics,Vol.18,No.5,March 1979.

Ranjeet Agrwala, Selahattin Ozcelik, ”Active vibration control of a multi-degree-of-freedom structure by the use of direct model reference adaptive control”, Proceedings of the American Control Conference ,June 2000.

Shigeru Futami and Akihiro Furutani and Shoichiro Yoshida,”Nanometer positioning and its micro-dynamics”,Nanotechnology1,1990,pp.31-37

Takaji Umeno and Yoichi Hori,”Roubust Speed Control of DC Servomotors Using Modern Two Degrees-of–Freedom Dontroller Design.”, IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol. 46,No. 5,October 1999.





范逸之,”振動阻尼測試分析方法簡介”, 機械工業雜誌,84年4月號。


朱俊傑,”高速精密定位機台之主動是振動控制”,國立中山大學機械工程研究所,1997。

康淵 譯,“振動學理論及應用”,曉園出版社,1985。

何建業 譯,”機械振動學”,科技圖書股份有限公司。

蔡宜修,“指向性天線側向振動之主動控制”,國立台灣大學造船及海洋工程學研究所,1988。

曾義程,”轉矩估測器設計在馬達異常負載偵測之應用”,國立成功大學機械工程研究所,1997。

陳奕仁,”適應性基因演算法結合菁英政策於線性馬達定位機台之主動式振動控制器設計”,國立中山大學機械工程研究所,2001。

陳永平,”可變結構控制設計”,全華科技圖書股份有限公司,1999。
許溢适編譯,”壓電陶瓷新技術”,文笙總經銷,1994。

蕭輔智,”基因演算法於線性馬達之精密定位控制”,國立中山大學機械工程研究所,1999。
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