隔振对光电跟踪系统频率特性的影响及其抑制
大型车载光电跟踪设备减振方法、仿真及实验
Ｄｅ ｒ ａ ｉ ｇ ｖ ｂ ａ ｉ ｎ ｍ ｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｓｍ ｕｌ ｔｏ ｎ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｏ ｉ ｎ ｃ ｅ ｓｎ ｉ ｒ ｔｏ ｔ ｏ ｎ ｉ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｐ ｒｍ ｎ ｆ ｇ ａ ｔ ｖ ｈ ｃ ｌ ｒ ｐ ｏ ｏ ｅ ｅ ｔ ｉ ｒ ｃ ｅ ｅ ｉｕ ａ ｈ ｔ － ｌｃｒｃ ｔａ ｋ ｒ
２ Ｇ ａｕｔ Ｓｈｏ ｏ ｅＣ ｉｅｅＡ ａｅ ｙｏ ｃ ｎｅ ， ｅ ｉ ０ ０ ９ Ｃ ｉａ ． ｒｄａｅ ｃｏｌ ｆ ｈ ｈｎｓ ｃｄ ｍ ｆ ｉ ｃｓＢ ｒｎ １０ ３ ， ｈ ） ｔ Ｓｅ ｇ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｄｉ ｅ ｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｉｇ ｖｂ ａｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ｅ ｅ ａ ｏ ｔ ｄ ｂ ｃ ｕ ｅｏ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｏ ｉ ｏ ． ｈ ｓ ｌｔ ｎ ｖｂ ａｉｎ ｓ ｒ ｃ ： ｆ ｒｎ ｃｅ ｓｎ ｉ ｒ ｔ ｔ ｏ ｓｗ ｒ ｄ ｐ ｅ ｅ ａ ｓ ｆ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｐ ｓ ｉｎ Ｔ ｅｉｏａ ｉ ｉ ｒ ｔ ｄ ｏ ｔ ｆ ｔ ｏ ｏ ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ ｗｅｅ ｉ ｓａｌ ｄ ｉ ｈ ｏ ｉ ｏ ｆ ｌｃ ｒ ｅ ｅ ａｏ ，ｈ ｙ ｃ ｎ ｄ ｃ ｅ ｓ ｅｆ ｒｅ ｏ ｌｃ ｒ ｅ ｅ ａｏ ；ｈ ｆ ｎｔ ｕ ｎ ｓ ｒ ｎ ｔ ｌ ｎ ｔ ｅｐ ｓｔ ｎ ｏ ｅ ｔ ｃ ｇ ｎ ｒｔ ｒ ｔ ｅ ａ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｏｃ ｆ ｅ ｔ ｃ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｔ ｅ ｅ－ ｅ ｉ ｅ ｉ ｈ ｅ ｉ ｆｃ ｉｅ ｓ ｂ ｒｍｅ Ｃ ｌ ｄ ｃｅ ｓ ｈ ｉ ｒ ｔ ｎ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｖｂ ａ ｉｎ ｗａ ｒ ｎ ｆｒｉ ｇ Ｔ ｅ ｔａ ｋ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｌｓ ｒｗｅｅ ｉ — ｅ ｔ ｕ ｆ ｖ ａ ａｌ ｅ ｒａ ｅ ｔ ｅ ｖｂ ａｉ ｅ ｈ ｉ ｒｔ ｓ ｔ ｓ ｒｎ ． ｈ ｒｃ ｅ ｎ ｈ ａ ｅ ｒ ｎ ｏ ｏ ａ ｅ ｓａｌｄ ｏ ｈ ｌｔ ｒ ｏ ｏａｉ ｎ ｖｂ ａｉｎ，ｈ ｌｔ ｒ ｏ ｏａｉ ｎ ｖｂ ａ ｉｎ ｉ ｍａ ｅ ｕ ｆ ｉ ｓ ｒ ｇａ ｄ ｅｅ ｔ ｍａ — ｔｌ ｎ ｔ ｅ ｐ ａ ｏ ｍ ｆ ｓ ｌｔ ｉｒ ｔ ｅ ｆ ｉ ｏ ｏ ｔ ｅｐ ａ ｆ ｍ ｆ ｓ ｌ ｔ ｉｒ ｔ ｓ ｄ ｐ ｏ ｒ ｐ ｎ ｎ ｌｃｒ ｏ ｉ ｏ ｏ ａ ｉ ｏ ｇ
光通讯中的光非线性效应及其抑制
光通讯中的光非线性效应及其抑制在现代的通信领域中，光通讯已经成为主流的传输方式之一，其优点在于信号传输速度快、传输距离长、传输容量大等。
在光通讯中，光波的非线性效应是一个非常重要的课题，因为这些效应会严重影响到信号的传输质量和传输距离，并且还可能导致信号的失真和滞后。
因此，研究和抑制光波的非线性效应是目前光通讯领域中的一个重点研究方向。
一、光通讯中的非线性效应光波的非线性效应是指当光波在介质中传输时，由于介质中原子、分子等微观粒子的作用以及光波本身的特性，产生的一系列光学效应。
在光通讯中，主要包括四种非线性效应，分别为自相位调制（SPM）、互相位调制（XPM）、四波混频效应（FWM）和光纤失真效应（CD）。
自相位调制是指当光信号在介质中传播过程中，由于光波与介质相互作用而产生的频率调制效应。
这种效应会导致光信号的相位延迟或提前，从而影响信号的传输质量和传输速度。
互相位调制是指当两种不同频率的光信号在同一介质中传播过程中，由于它们之间的相互作用而产生的相位调制效应。
这种效应会导致两个信号之间相互干扰，从而影响信号的传输质量和传输距离。
四波混频效应是指当光信号在光纤中传输时，由于光波之间的相互作用而产生的一种非线性效应。
这种效应会导致光信号之间的频率变化和干扰，从而影响信号的传输质量和传输距离。
光纤失真效应是指当光信号在光纤中传输时，由于光波的色散效应而产生的一种非线性效应。
这种效应会导致光信号的频谱扩展和失真，从而影响信号的传输质量和传输距离。
二、光波的非线性效应的抑制方法由于光波的非线性效应较为复杂，因此对其的抑制方法也比较多样化。
下面简要介绍一些光波非线性效应的抑制方法。
（一）光纤光栅光纤光栅是一种利用光波在光纤中传输过程中的反射、衍射等现象产生的光学反射镜，可以有效地抑制光波的非线性效应。
通过在光纤中加入一段衍射光栅，在光波传输过程中可以减少信号的互相干扰和失真，从而提高信号的传输质量和传输距离。
光学遥感卫星控制力矩陀螺隔振装置模态错位设计
K sin20 + ^ ^ - + Kr cos2 A/ C ',
P
C2S
}B l + Cl
(尺,,cos2<9+ A；cos26>)CS2] ,
2 ( - 尺,.)sin 0 cos 61 A B ； » C52
C 2SK
Kpsml d +
+ K ,cos 6
B] + C)
[Kpcos26>+ Kr sin2(9)S52]
通过模态试验，验证了频率分布的准确性。试验结果表明： 隔振装置的前六阶固有频率与整星结
构 频 率 和 C M G 扰振频率呈现错位分布，从 而 为 C M G 隔振系统频率设计和优化提供了理论支持
和工程指导。
关键词：航 天器；控制力矩陀螺；隔振；模态优化；改进响应面法
中图分类号：V423 文献标识码：A
2 C M G 隔振装置
2 . 1 隔振装置结构 用 于 优 化 设 计 的 隔 振 装 置 主 要 由 C M G 、上 支 架 、
隔振器、下支架、星上安装底板构成，其局部坐标系 如 图 1 所示。其中：1、2 、3 、4 、5 分 别 为 CMG、 上支架、隔振器、下支架、星上安装底板；；c,、x2、 x3、x4、x5 分别表示隔振器俯仰角度、隔振器有效长 度 、隔振器外径、隔振器槽宽、隔振器内径。
( I 北 京 空 间 飞 行 器 总 体 设 计 部 1 0 0 0 9 4 北京 ；2 空 间 智 能 机 器 人 系 统 技 术 与 应 用 北 京 市 重 点 实 验 室 1 0 0 0 9 4 北 京 : 3 中国空间技术研宂院遥感卫星总体部1 0 0 0 9 4 北京）
光电平台自动跟踪控制技术论文
光电平台自动跟踪控制技术摘要：光电平台跟踪精度是其一项重要技术指标，影响跟踪精度因素较多，从基本控制理论出发，探讨了前馈控制，速度、加速度滞后补偿，共轴跟踪，新型控制策略等提高跟踪精度的方法。
关键词：光电平台自动跟踪控制技术延迟补偿光电平台是一个集光、机、电、算等技术于一体的复杂系统，广泛应用于侦察、安保、消防、监控、打击效果评估等众多领域。
在较先进的光电平台中，要求平台各框架能自动跟随感兴趣目标运动，使光电探测设备的光轴始终精确指向目标，以便容易完成对目标的判断、识别、测量等。
因此，自动跟踪控制精度是光电平台中一项重要技术指标。
影响光电平台跟踪控制精度的因素较多，主要因素有以下几个方面：①光电传感器静态误差：光电传感器主要由光电探测器、信号处理系统、光学系统等部分组成。
探测器产生静态误差主要有灵敏度、分辨率、线性度、信噪比等；信号处理系统主要有漂移、量化误差等；光学系统主要有通光口径、焦距、装调误差等。
②光电传感器动态误差：主要有光轴的动态晃动，光电探测器的响应延迟，信号处理系统的处理延迟等。
③内环控制指标：指内环带宽、稳定性、控制精度等。
④目标机动特性：指目标运动的速度、加速度、甚至加加速度等指标。
在闭环控制系统中，为了提高控制精度，一般采取提高增益，增加积分环节提高无静差度等措施。
提高增益会增大系统带宽，受到系统机械谐振频率、传感器采样频率、信号处理频率等的限制，带宽不能随意增大。
增加积分环节将使系统稳定性变差，加大超调，甚至造成系统不稳定。
因此，必须探求提高光电平台跟踪精度的新方法。
前馈控制或称复合控制是在闭环控制系统中增加一开环控制支路，用来提供输入信号的一阶、二阶甚至更高阶导数，提高系统的无静差度，较好地解决了控制精度与稳定性之间的矛盾。
在光电平台的跟踪系统中，光电探测器只能测量目标相对光轴中心的相对偏差，不能直接测量出目标运动的角度、角速度等。
采用平台台体测量的绝对位置和光电探测器测量的相对偏差两者合成出目标位置，采用滤波预测技术估算出目标角速度，前馈于跟踪控制系统构成复合控制。
机械设计中的减振与隔振技术研究
机械设计中的减振与隔振技术研究随着科技的不断发展，机械设备在各个行业中的应用越来越广泛。
然而，由于机械设备运转时产生的振动噪声，给人们的生活和工作带来了一定的困扰。
为了解决这一问题，研究人员提出了减振与隔振技术。
本文将对机械设计中的减振与隔振技术进行深入研究与讨论。
一、减振技术的研究与应用在机械设计中，减振技术被广泛应用于降低机械设备振动的幅度和频率，以改善工作环境和提高设备的安全性能。
减振技术主要包括主动减振和被动减振两种方式。
1. 主动减振技术主动减振技术是一种通过控制系统主动干涉振动的方法。
它主要基于信号传感器的检测结果，利用控制算法和执行器对振动进行实时控制。
常见的主动减振技术包括主动质量调谐技术和主动电磁悬挂技术。
主动质量调谐技术通过将控制装置放置在振动系统中，实时感知振动频率，并利用负反馈控制原理产生相反的振动来实现振动的主动衰减。
主动电磁悬挂技术则是利用电磁力的控制，对机械设备进行悬挂与平衡，从而实现减振效果。
2. 被动减振技术被动减振技术是一种利用被动元件对机械设备振动进行减振的方法。
常见的被动减振技术包括弹簧减振器、液压减振器和压缩空气减振器等。
这些被动减振器会根据机械设备产生的振动作用力，反作用力来实现振动的消除或者减小，从而达到减振的效果。
二、隔振技术的研究与应用隔振技术是一种通过隔离机械设备振动传递的方法，将机械设备和外界环境隔离开，以减少振动的传递。
隔振技术在机械设计中主要应用于降低机械设备对周围环境的振动干扰和保护机械设备的稳定性。
1. 悬浮隔振技术悬浮隔振技术是一种通过将机械设备悬浮起来，使其与地面接触的接触点减少，从而减少振动传递的方法。
常见的悬浮隔振技术包括气浮隔振技术、磁浮隔振技术和活塞流体悬浮技术等。
这些技术利用气体或磁性力量使机械设备在一定高度悬浮，减少机械设备与地面的接触面，从而减少振动传递。
2. 隔振材料技术隔振材料技术是一种通过使用特殊的材料来减少振动传递的方法。
隔振基本原理
高频干扰往往振幅较小而频率高，它常会引起弹性元 件的纵向弹性共振。
在发生纵向弹性共振的情况下,负荷的弹性元件本身 则变成一个有分布参数的线性振动系统。隔振系统除有集 中参数的线性振动系统的一个固有频率ω0外，还有其他共 振频率ωk，这就是弹性元件的纵向弹性固有振动频率。所 以在设计隔振系统时，除考虑到集中参数的线性振动规律 外，还应注意不使主要的干扰频率与隔振系统的纵向固有 弹性振动频率相同，从而保证整个隔振系统在干扰力的作 用下能获得良好的隔振效果。
隔振基本原理及应用
隔振基本原理
主要内容
隔振的基本原理 ω和ρ对隔振效果的影响 隔振器的设计 高频、低频隔振
隔振基本原理
一、隔振基本原理
刚性基座对力 是1比1的传递过去的。它对 力 F不起放大或减小的作用。
隔振基本原理
一、隔振基本原理
隔振基本原理
一、隔振基本原理
隔振基本原理
二、ω和ρ对隔振效果的影响
当 阻 尼 忽 略 不 计 时
隔振基本原理
二、ω和ρ对隔振效果的影响
当 阻 尼 不 可 忽 略 时
隔振基本原理
二、ω和ρ对隔振效果的影响
隔振基本原理
二、ω和ρ对隔振效果的影响
隔振基本原理
三、隔振器的设计
积极隔振
消极隔振
高频振动干扰的隔离（100Hz以上） 中频振动干扰的隔离（ 6Hz以上至100Hz之间） 低频振动干扰的隔离（ 5Hz以下）
的一种方案
隔振基本原理
四、高频/低频隔振
低频振动的隔离
隔振基本原理
ＴＨＡＮＫ ＹＯＵ！
隔振基本原理
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四、高频/低频隔振
隔振技术的原理及应用
隔振技术的原理及应用1. 隔振技术的概述隔振技术是一种减少或消除振动传递的技术，通过使用特殊的隔振装置将振动源与被隔离结构物分离开来，从而减少传递到结构物的振动。
隔振技术被广泛应用于许多领域，包括建筑工程、航天航空、机械制造等。
2. 隔振技术的原理2.1 质点隔离原理隔振技术的原理之一是质点隔离原理。
质点隔离装置通过将振动能量转移给装置内的质点来实现隔离效果。
这些质点可以是弹簧、减震器等，通过其自身的弹性变形来吸收和分散振动能量，从而降低传递到被隔离结构物的振动。
2.2 波动隔离原理另一种隔振技术的原理是波动隔离原理。
波动隔离装置利用材料的特性来吸收和分散振动能量。
这些装置通常采用高分子材料，如橡胶、泡沫等，通过材料内部的分子摩擦和变形来阻止振动的传播。
波动隔离装置具有良好的隔振效果，并且在一定范围内可以调节材料的刚度和阻尼特性。
3. 隔振技术的应用隔振技术在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：3.1 建筑工程隔振技术在建筑工程中被用于减少地震、风载、交通振动等对建筑物的影响。
隔振装置可以安装在建筑物的基础、墙体或屋顶等位置，通过吸收和分散振动能量来降低建筑物的振动。
3.2 航天航空在航天航空领域，隔振技术可以减少发动机、燃气涡轮机等设备产生的振动对飞行器的影响。
隔振装置可以安装在发动机座椅、舱壁等位置，通过吸收和分散振动能量来保护飞行器和乘员的安全。
3.3 机械制造在机械制造领域，隔振技术可用于减少工业设备的振动对周围环境的影响，并提高设备的可靠性和稳定性。
隔振装置可以安装在机床、压力容器等设备上，通过隔离设备的振动来降低噪声和振动对周围环境和操作人员的干扰。
4. 隔振技术的优势和局限性4.1 优势隔振技术具有以下优势：•可以降低结构物的振动，提高结构物的稳定性和可靠性；•可以减少振动对设备和乘员的伤害；•可以减少噪声和振动对周围环境的污染和影响。
4.2 局限性隔振技术也有一些局限性：•隔振装置的设计和安装成本较高；•隔振装置会占用一定的空间；•隔振效果可能会受到装置材料和环境条件的影响。
隔振技术对建筑物内部噪音控制的效果分析
隔振技术对建筑物内部噪音控制的效果分析引言：随着城市化进程的加快和人口快速增长，建筑物的噪音污染问题逐渐凸显出来。
隔振技术作为一种有效的噪音控制措施，被广泛应用于建筑物内部噪音控制中。
本文将分析隔振技术在建筑物内部噪音控制方面的效果，并探讨其应用的优势和限制。
一、隔振技术的原理隔振技术是通过在建筑物结构中引入隔振体，有效隔绝噪音的传播。
常用的隔振技术包括悬挂隔振、橡胶隔振垫、弹性支承等。
这些技术通过改变噪音传递的路径和消耗传递过程中的能量，降低噪音的传播和影响。
二、隔振技术在噪音控制中的效果1. 声学隔离效果显著隔振技术通过减少噪音传递路径上的接触面积和刚性连接，有效降低了噪音的传播。
它可以使建筑物内的噪音减少20-30 dB，显著改善噪音环境，提供更加舒适的居住和办公环境。
2. 减少传递机械振动隔振技术不仅可以隔离噪音的传播，还可以减少传递到建筑物结构中的机械振动。
建筑物结构的振动会引起噪音的产生和传播，通过采用隔振技术可以有效减少振动的发生，从而减轻噪音问题。
3. 提高建筑物的声学性能隔振技术能够降低建筑物内部噪音的传播，提高建筑物的声学性能。
它可以有效避免共振现象的发生，减少声音的反射和回音，从而提高建筑物的声学品质。
三、隔振技术的应用优势1. 灵活性强隔振技术可以根据建筑物的实际情况进行设计和应用，具有很强的灵活性。
无论是新建建筑还是正在使用中的建筑，都可以通过合理设计和改造引入隔振技术，达到噪音控制的目的。
2. 成本相对较低相对于其他噪音控制措施，隔振技术的成本较低。
它不需要过多的材料和设备投入，通常只需要在建筑物结构中添加一些隔振体即可。
这使得隔振技术具有较高的经济性和可行性。
3. 效果可靠通过合理设计和选择合适的隔振技术，可以实现可靠的噪音控制效果。
隔振技术经过多年的应用实践和技术改进，已经具备了较成熟和可靠的工艺和设备供应链。
四、隔振技术的限制1. 对施工要求高隔振技术的应用需要对建筑物进行一定的改造和施工，如果操作不当可能会对建筑物的结构和外观造成破坏。
应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述
第 32 卷第 3 期2024 年 2 月Vol.32 No.3Feb. 2024光学精密工程Optics and Precision Engineering应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述李醒飞1，2，何梦洁1，拓卫晓1，2*，王天宇1，韩佳欣1，王信用1（1.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072；2.深海技术科学太湖实验室，江苏无锡 214000）摘要：目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求，从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。
基于惯性参考单元（Inertial Reference Unit，IRU）的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动，实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。
针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求，分析和对比了IRU的各种技术方案，特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动，并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。
从此类IRU系统的工作原理出发，阐述了系统的两种工作模式及功能特点，建立了系统数学模型。
然后，介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向，指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素，梳理了三项关键技术的研究动态。
最后，总结了IRU的空间应用情况，并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。
关键词：惯性参考单元；运动平台；光电跟瞄系统；视轴稳定；扰动抑制中图分类号：V19 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20243203.0401Review on inertial reference unit applied to photoelectric tracking and pointing system of moving platform LI Xingfei1，2，HE Mengjie1，TUO Weixiao1，2*，WANG Tianyu1，HAN Jiaxin1，WANG Xinyong1（1.State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments， Tianjin University，Tianjin 300072， China；2.Taihu Laboratory of Deepsea Technological Science， Wuxi 214000， China）* Corresponding author， E-mail： tuoweixiao@Abstract： The evolution of objectives and the broadening of tasks have heightened the need for swift ma⁃neuverability in the photoelectric tracking and pointing system. Shifting from ground⁃based to diverse mo⁃bile platforms such as vehicles, ships, aircraft, and spacecraft marks a significant trend in the development of photoelectric tracking and pointing systems. The stabilization of the line of sight using an inertial refer⁃ence unit (IRU) is essential to counteract the high⁃frequency disturbances encountered on these mobile plat⁃forms, enabling the system to achieve tracking accuracy at the micro⁃radian or even sub⁃micro⁃radian level. 文章编号1004-924X（2024）03-0401-21收稿日期：2023-06-30；修订日期：2020-08-10.基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.62203322）；中国博士后科学基金资助项目（No.2022M712372）；深海技术科学太湖实验室“揭榜挂帅”项目资助项目（No.2022JBGS03001）第 32 卷光学精密工程This paper delves into various IRU implementation strategies to mitigate disturbances from the carriers, ensuring precise aiming of the photoelectric tracking and pointing system on moving platforms. It highlights a system design that employs low noise and wideband inertial sensors for angle disturbance detection and achieves line of sight stabilization via feedback control. The document details the system's operational modes, functional features, constructs its mathematical model, and reviews both domestic and internation⁃al research advancements and future directions in IRU technology. It emphasizes that inertial sensing, sup⁃port structures, and control systems are critical to IRU's stabilization performance, and it organizes the lat⁃est research trends in these three vital areas. Conclusively, the paper outlines the spaceborne applications of IRU and explores potential future application domains, considering current demands.Key words： inertial reference unit；moving platform；photoelectric tracking and targeting system；line-of-sight stabilization； disturbance suppression1 引言在天文观测［1］、激光通信［2］和量子通信［3］等领域，目标的变化和任务拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求，从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台拓展是光电跟瞄系统的重要发展趋势。
隔振原理的理论分析与应用
隔振原理的理论分析与应用一、引言隔振技术是一种常见的减振方法，被广泛应用于工程、航空、汽车等领域。
隔振原理是通过采用合适的隔振材料、结构设计等手段，减少外界震动对设备造成的影响。
本文将对隔振原理进行理论分析，并探讨其在实际应用中的一些案例。
二、隔振原理的理论分析1. 震动的传播在分析隔振原理之前，我们首先需要了解震动在媒介中的传播方式。
震动可以通过几种方式传播，如固体传导、空气传导和液体传导等。
在实际应用中，大部分情况下我们主要关注的是固体中的震动传播。
2. 隔振原理的基本概念隔振原理的核心思想是通过采用隔振材料和结构，将外界的震动隔离开来，使其无法传输到设备或结构中。
这样可以降低外界震动对设备的影响，提高其工作效率和寿命。
3. 隔振材料的选择在实际应用中，选择合适的隔振材料是非常重要的。
常见的隔振材料有橡胶、弹簧、减振垫等。
这些材料具有较好的弹性和减振性能，可以有效地将外界震动传导减小。
4. 结构设计的考虑因素在隔振原理的应用中，结构设计也是一个关键因素。
结构的刚度、质量分布等都会对隔振效果产生影响。
通常，我们会选择柔性结构或采用阻尼器、缓冲器等装置来减少震动传递。
5. 隔振原理的数学模型与计算方法隔振原理可以通过数学模型进行分析和计算。
常见的模型有单自由度系统模型和多自由度系统模型。
根据实际情况，我们可以选择合适的模型进行计算，进而评估和优化隔振效果。
三、隔振原理的应用案例1. 工业设备的隔振工业设备常常受到地震、机械振动等外界因素的影响，导致设备的正常运行受到限制。
通过采用隔振原理，可以有效地减少外界震动对设备的干扰，提高其稳定性和准确性。
在工业设备的隔振中，常见的应用案例有精密机械、涡轮机组、压缩机等。
通过合理的隔振设计和隔振材料的选择，可以保证设备的正常运转，并减小因震动引起的故障率。
2. 建筑结构的隔振隔振原理在建筑结构中的应用也非常广泛。
如高层建筑、大桥、地铁等结构，都可能因地震、风力等因素造成震动。
光电探测系统中的相位噪声分析与抑制技术
光电探测系统中的相位噪声分析与抑制技术引言：光电探测系统在许多领域中起着至关重要的作用，如通信、雷达、光学测量等。
然而，其中的相位噪声问题一直以来都是制约系统性能的重要因素之一。
因此，研究相位噪声的分析和抑制技术对于提高光电探测系统的性能具有重要意义。
一、相位噪声的概念与原因分析相位噪声是指光电探测系统中信号相位的不确定性或随机性引起的噪声。
其主要原因包括光源的频率抖动、光电元件本身的噪声、光传输过程中的干扰等。
这些因素导致了信号相位的波动，进而影响了系统的稳定性和精度。
二、相位噪声的分析方法为了准确分析光电探测系统中的相位噪声，可以采用以下几种方法。
1.功率谱密度分析：通过对信号的功率谱密度进行分析，可以得到信号频率与相位之间的关系，从而揭示出相位噪声的特征。
2.自协方差函数分析：利用自协方差函数可以计算信号的相位噪声功率谱密度，进一步分析系统中相位噪声的来源和分布。
3.相关函数分析：通过计算信号的相关函数，可以得到信号的互相关函数，从而分析相位噪声的自相关和互相关特性。
4.相位噪声测量仪器：使用专门的相位噪声测量仪器可以直接测量系统中的相位噪声水平和频谱分布，提供更直观的相位噪声信息。
三、相位噪声抑制技术为了有效地抑制光电探测系统中的相位噪声，可以采用以下几种技术手段。
1.信号处理技术：采取合适的信号处理算法可以减小相位噪声的影响。
例如，时频分析算法可以对信号进行精确分析和重构，进而减小相位噪声引起的误差。
2.改善光源稳定性：通过优化光源的稳定性和一致性，可以减小由光源频率抖动引起的相位噪声。
例如，使用温度稳定性较高的激光器或采用温度控制技术。
3.选择合适的光电元件：选择具有较低噪声指标的光电元件，如低噪声放大器、低噪声光电二极管等，可以减小系统中的噪声。
4.光学隔离技术：通过引入光学隔离器，可以隔离外界的干扰信号，减小传输过程中的干扰噪声，从而提高系统的稳定性和抗干扰能力。
5.优化系统参数：通过优化系统的参数，如增益、频率响应等，可以最大程度地减小相位噪声的影响，提高系统的性能。
微振动主动隔振系统的研究综述
第３８卷第３期２０２１年３月机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ.３８Ｎｏ.３Ｍａｒ.２０２１收稿日期:２０２０－０６－１９基金项目:国家重点研发计划项目(２０１６ＹＦＢ０５０１００３)ꎻ国家自然科学基金资助项目(１１７７２１８５㊁６１８０３２５８)ꎻ上海市科技创新行动计划启明星项目(２０ＱＡ１４０３９００)ꎻ上海市自然科学基金资助项目(１９ＺＲ１４７４０００)ꎻ上海市科技创新行动计划扬帆项目(２０ＹＦ１４１７４００)作者简介:易思成(１９８８－)ꎬ男ꎬ湖北随州人ꎬ博士ꎬ主要从事振动主动控制㊁机电一体化等方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｙｉｓｃｈｏｌａｒ＠１２６.ｃｏｍ通信联系人:杨斌堂ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｂｔｙａｎｇ＠ｓｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１－４５５１.２０２１.０３.００１微振动主动隔振系统的研究综述∗易思成１ꎬ２ꎬ３ꎬ王金海３ꎬ刘志刚３ꎬ张㊀泉１ꎬ杨斌堂２∗ꎬ孟㊀光２(１.上海大学机电工程与自动化学院ꎬ上海２００４４４ꎻ２.上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室ꎬ上海２００２４０ꎻ３.上海航天控制技术研究所ꎬ上海２０１１０９)摘要:为降低外界微米至纳米范围微振动干扰对精密装置的影响ꎬ并提高精密装置的运行精度ꎬ研制了微振动隔振平台ꎬ并将振动主动控制技术应用于隔振系统中ꎮ在明确了微振动定义的基础上ꎬ阐述了精密仪器所允许的振源速度标准ꎻ基于隔振理论ꎬ总结了单自由度和多自由度微振动隔振系统的结构特点ꎻ在此基础上ꎬ对主动隔振系统中的驱动器进行了总结ꎻ考虑到系统的动力学和驱动特性ꎬ对结构和驱动器的建模方法进行了论述ꎻ基于隔振率㊁隔振稳定性等指标ꎬ对反馈㊁前馈㊁复合和新型振动主动控制方法进行了评价ꎻ通过对传感驱动一体化㊁振动能量回收㊁智能控制技术的分析ꎬ预测了微振动主动隔振系统的未来发展趋势ꎮ研究成果表明:相比于被动隔振ꎬ主动隔振技术具有灵活㊁高效等优点ꎬ基于智能材料(如压电㊁磁致伸缩)的新型微振动隔振系统得到了广泛的应用ꎬ相应的迟滞建模和补偿控制成为了该领域的研究热点ꎮ关键词:微振动ꎻ主动控制ꎻ智能材料ꎻ驱动器ꎻ系统建模ꎻ迟滞中图分类号:ＴＨ７０７ꎻＴＨ１１３.１ꎻＴＢ５３５.１㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００１－４５５１(２０２１)０３－０２６５－１１ＲｅｖｉｅｗｏｆａｃｔｉｖｅｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＹＩＳｉ￣ｃｈｅｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＷＡＮＧＪｉｎ￣ｈａｉ３ꎬＬＩＵＺｈｉ￣ｇａｎｇ３ꎬＺＨＡＮＧＱｕａｎ１ꎬＹＡＮＧＢｉｎ￣ｔａｎｇ２ꎬＭＥＮＧＧｕａｎｇ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００４４４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎꎬＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００２４０ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｈａｎｇｈａｉＡｅｒｏｓｐａｃｅＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１１０９ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｅｖｉｃｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆｐｒｅ￣ｃｉｓｉｏｎｄｅｖｉｃｅꎬｔｈｅａｃｔｉｖｅｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄꎬａｎｄｔｈｅａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｉｎｔｈｅｖｉｂｒａ￣ｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ.Ｔｈｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｓｃｌａｒｉｆｉｅｄ.Ｔｈｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎｏｆｐｅｒｍｉｔｔｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅｓｐｅｅｄｆｏｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｗａｓｅｘｐｌａｉｎｅｄ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎꎬｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｉｎｇｌｅ￣ｄｅｇｒｅｅ￣ｏｆ￣ｆｒｅｅｄｏｍａｎｄｍｕｌｔｉ￣ｄｅｇｒｅｅ￣ｏｆ￣ｆｒｅｅ￣ｄｏｍｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓꎬｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｓｉｎｔｈｅａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄａｃｔｕａｔｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｗｅｒｅｄｉｓ￣ｃｕｓｓｅｄ.Ｔｈｅａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｅｅｄｂａｃｋꎬｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄꎬｈｙｂｒｉｄａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄꎬｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｄｅ￣ｘｅｓｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｔｕａｔｏｒ￣ｓｅｎｓｏｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎꎬｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｈａｒｖｅｓｔꎬａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎ￣ｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆａｃｔｉｖｅｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｅｄｉｃｔｅｄ.Ｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｍ￣ｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｐａｓｓｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎꎬａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｂｅｔｔｅｒｉｎｔｅｒｍｓｏｆｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙꎬｎｏｖｅｌｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｂａｓｅｄｏｎｓｍａｒｔｍａｔｅｒｉａｌｓ(ｓｕｃｈａｓｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ)ａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ.Ｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｍｏｄ￣ｅｌｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｓｍａｒｔｍａｔｅｒｉａｌ￣ｂａｓｅｄｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｆｉｅｌｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｉｃｒｏｖｉｂｒａｔｉｏｎꎻａｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌꎻｓｍａｒｔｍａｔｅｒｉａｌꎻａｃｔｕａｔｏｒꎻｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｎｇꎻｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ０㊀引㊀言精密加工和测量㊁空间遥感和观测等技术的发展对机械装置的精度提出了更高的要求ꎬ一般需要达到微纳尺度ꎮ然而ꎬ外部环境或者装置内部的微幅振动会造成超精密机床[１]㊁坐标测量仪[２]㊁光学显微镜[３]等仪器的精密度和准确度严重下降ꎮ在航天器上ꎬ斯特林制冷机㊁反作用飞轮㊁太阳能帆板的驱动机构等装置容易产生随机和谐波扰动ꎬ影响在轨运行航天器的定位和指向精度ꎮ对此ꎬ应该采用主动或者被动振动控制方法ꎬ尽可能消除或隔离机械系统外在与内在的各种干扰ꎬ使系统高效稳定地运行ꎬ以增强机械系统对微振动的抗干扰能力[４]ꎮ和其他主动控制系统类似ꎬ主动隔振系统由被控对象㊁驱动器㊁控制器等环节等组成ꎬ各环节相互关联ꎬ共同决定了系统的执行精度和运动特性ꎮ因此ꎬ有必要全面总结和分析主动隔振系统关键组成部分的研究成果ꎬ为研制新型高精密隔振系统提供理论依据和设计指导ꎮ当前ꎬ研究人员越来越多地采用智能材料驱动器(典型的有压电和磁致伸缩式)作为微振动隔振系统的执行单元ꎮ然而ꎬ智能材料的迟滞给隔振系统的控制和实现带来了挑战ꎬ如何对微振动隔振系统的迟滞进行表征和控制成为当前的研究热点ꎮ笔者在微振动隔离系统的设计和实现㊁迟滞系统的建模和补偿等方面积累了一些理论基础和技术方法ꎬ并取得了一定的研究成果[５￣８]ꎮ基于上述经验和国内外最新研究成果ꎬ本文围绕微振动隔离标准㊁隔振系统的构型设计㊁驱动器的选择与设计㊁系统模型的建立㊁振动主动控制方法等内容对微振动主动隔振领域的研究进行综述ꎬ并预测该领域的发展趋势ꎮ１㊀微振动及其隔离标准微振动通常指的是频率集中在１Ｈｚ~１ｋＨｚ的微米或者亚微米幅度的机械振动或者干扰[９]ꎮ不同性能和用途的精密仪器对所允许干扰的幅度和带宽不同ꎬ需要设定一套标准评价微振动隔离是否有效ꎮ精密仪器所允许的振源速度标准如图１所示ꎮ由图１可知:在ＩＳＯ(ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓｏｒｇａｎｉ￣ｚａｔｉｏｎ)准则的基础上引入振动标准曲线(ｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｒｉ￣ｔｅｒｉｏｎꎬＶＣ)ꎬ描述一定带宽范围内不同工况下微振动允许值ꎬ图的横轴为三分之一倍频程ꎬ纵轴为速度均方根[１０]ꎻ从ＶＣ￣Ａ到ＶＣ￣Ｅ准则ꎬ振动允许值越来越小ꎬ图１㊀精密仪器所允许的振源速度标准曲线其中ＶＣ￣Ａ准则应用于光学显微镜ꎬ而ＶＣ￣Ｅ准则适用于长距离㊁微小目标的激光跟踪定位系统ꎮ２㊀隔振系统的构型设计２.１㊀单轴隔振系统单轴隔振系统可用于抑制单方向的微振动干扰ꎬ主要分为直接主动式和主被动一体式ꎮ直接主动式的基本原理是利用驱动器产生的作动力抵消微振动源引起的干扰力[１１ꎬ１２]ꎮ主被动一体微振动隔振系统的原理简图以及频域内振动传递率曲线[１３]如图２所示ꎮ图２㊀单轴隔振系统及振动传递率ｃ 被动阻尼ꎻｋ 被动刚度ꎻｆａ 主动力其中:被动刚度用于抑制中高频振动干扰ꎬ主动力用于隔离低频振动干扰[１４￣１６]ꎮ２.２㊀多轴隔振系统为解决多维微振动干扰的问题ꎬ研究人员开发了能实现空间多维运动的多轴隔振系统ꎮ平台大多基于并联结构[１７]ꎮ在多个驱动器的共同作用下ꎬ传递到负载平台的多维干扰能被隔离ꎮ例如３轴微振动隔离平台用于隔离两个转动和一个平动干扰[１８]ꎬ或者３个移动干扰[１９]ꎻ６轴微振动隔离平台用于隔离空间任意方向的干扰ꎬ最为典型的是 立方体 构型的Ｓｔｅｗａｒｔ隔振系统ꎮＳｔｅｗａｒｔ的示意图及几何构型如图３所示ꎮ该平台由６个驱动器组成ꎬ整体结构紧凑ꎬ输出精度高㊁承载能力强㊁动态特性好[２０]ꎮ６６２ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３８卷图３㊀立方体构型Ｓｔｅｗａｒｔ平台ＡＢＵ等[２１]设计的Ｓｔｅｗａｒｔ隔振平台如图４所示ꎮ图４㊀ＡＢＵ等设计的Ｓｔｅｗａｒｔ隔振平台该平台的每条支链由１个音圈电机和１个力传感器组成ꎬ１２个加速度传感器分两组布置在基座和动平台上ꎮ３ 驱动器的设计与选择尽管利用具有高精密性能的传统驱动器(如液压㊁气压或者电磁式)可以实现微振动干扰的控制ꎬ然而传统驱动装置复杂的结构限制了其广泛的应用ꎮ随着材料㊁生物㊁化学等学科和机械学科的交叉发展ꎬ基于智能材料的微振动隔振系统已成为当前技术研究的热点ꎮ典型的智能材料有压电㊁超磁致伸缩㊁记忆合金㊁磁流变/电流变㊁高分子聚合物等ꎮ智能材料驱动器能够克服传统驱动器结构中间隙㊁摩擦㊁磨损等的不利影响ꎬ提升系统的精度㊁可靠性和响应速度ꎮ下面主要对静电㊁电磁㊁压电㊁超磁致伸缩㊁高分子聚合物驱动器在微振动隔振领域的应用进行阐述:(１)静电为解决陀螺仪对外界高频振动敏感的问题ꎬＤＥＡＮ等[２２]在平行静电极板的基础上开发了结构精巧㊁驱动传感集成度高的陀螺仪隔振装置ꎮ该隔振装置集成了静电式速度传感器㊁静电驱动器和反馈电路ꎮ无反馈控制时ꎬ隔振装置的品质因子为１５０ｄＢꎻ而应用反馈控制后ꎬ隔振装置的品质因子减小到６０ｄＢꎮ(２)电磁电磁式驱动器的输出力是交变磁场中线圈和永磁体相互作用产生的洛伦兹力ꎮ电磁驱动器在振动控制领域有着广泛的应用ꎬ其优点在于成本低㊁带宽大㊁容易控制ꎮ音圈电机(ｖｏｉｃｅｃｏｉｌａｃｔｕａｔｏｒꎬＶＣＡ)是一种特殊形式的电磁式驱动器ꎬ具有结构简单㊁体积小㊁响应快等优点ꎮＰＲＥＵＭＯＮＴ[２３]研制了行程为ʃ０.７ｍｍ的音圈电机式微振动隔振系统ꎮ在音圈电机中ꎬ有一类刚度小㊁能有效隔离高频微振动干扰的 软驱动器 ꎮ在Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司研制的振动隔离和抑制系统(ｖｉｂｒａ￣ｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎａｎｄｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍꎬＶＩＳＳ)ꎬ其音圈驱动器的截止频率低至１Ｈｚ[２４]ꎮ磁悬浮隔振是一种比较新颖的电磁式隔振方法ꎬ具有可靠性高㊁使用寿命长等优点ꎮＨＯＱＵＥ等[２５]在传统隔振系统中引入磁悬浮隔振技术ꎬ采用主动控制策略实时调节磁悬浮的悬浮力ꎮ(３)压电压电驱动器具有响应快㊁输出精度高㊁易加工等优点[２６]ꎮＰＥＴＩＴＪＥＡＮ等[２７]设计了由压电驱动器㊁力传感器和被动隔振单元组成的主被动一体式单自由度隔振系统ꎮ为解决航天器有效载荷的振动控制问题ꎬＶＡＩＬＬＯＮ等[２８]介绍了一种压电叠堆式的主动隔振单元ꎬ实验结果表明:利用该隔振单元ꎬ由动量轮产生的谐波微振动干扰减小了３０ｄＢ~４０ｄＢꎮ为隔离较大幅值的微振动干扰ꎬＢＡＤＥＬ等[２９]设计了带有放大机构的压电驱动器ꎬ并提出了迟滞补偿和ＰＩ反馈复合控制方法ꎮＧＡＲＣＩＡＢＯＮＩＴＯ等[３０]设计了一种用于振动控制的带有液压放大机构的压电驱动器ꎮ(４)超磁致伸缩超磁致伸缩材料(ｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌꎬＧＭＭ)在外加磁场作用下会产生应变和应力ꎬ例如含有稀土元素Ｔｅｒｆｅｎｏｌ￣Ｄ合金的磁致伸缩系数可达１５００ˑ１０－６到２０００ˑ１０－６ꎬ其最大伸缩量是常规磁致伸缩材料的数十倍ꎮＺＨＡＮＧ等[３１]依据啄木鸟头部结构设计了仿生式主动隔振系统ꎬ该系统由大功率磁致伸缩驱动器㊁空气弹簧㊁基座以及橡胶层等组成ꎮ需要说明的是ꎬ由于音圈电机㊁压电驱动器和磁致伸缩驱动器的结构紧凑ꎬ它们一般被用作多自由度微振动隔振系统的主动单元ꎮ(５)高分子聚合物聚合物又称高分子化合物ꎬ是一类能将光㊁电或磁等物理能转换为机械能的新型智能材料ꎬ常见的有介电弹性体和压电聚合物ꎮ介电弹性体(ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌａｓ￣ｔｏｍｅｒꎬＤＥ)是电活性聚合物的一种ꎬ其优点在于应变７６２第３期易思成ꎬ等:微振动主动隔振系统的研究综述大㊁能量密度高㊁效率高㊁响应快且加工制造方便等ꎮＳＡＲＢＡＮ等[３２]详细描述了管状介电弹性体驱动器的研制过程ꎬ设计了自适应前馈控制器ꎬ并将其用于微振动控制ꎮ实验结果表明:利用该方法ꎬ可使５Ｈｚ和１０Ｈｚ的单频微振动干扰能分别减小６６ｄＢ和２３ｄＢꎮ(６)驱动器的性能比较虽然驱动器的形态多样㊁原理不同ꎬ但可利用一些性能指标来衡量和评估它们的使用性能ꎮ归纳起来ꎬ这些指标大致分为３类:几何和物理参数(如运动形式㊁体积㊁质量等)㊁静态参数(如行程㊁最大驱动力㊁刚度㊁精度㊁效率等)㊁动态参数(如固有频率㊁带宽㊁被动阻尼等)ꎮ根据任务需求和应用场合的不同ꎬ设计或选用符合要求的驱动器是研制主动微振动隔振系统的重要环节ꎮ在主动隔振系统中ꎬ驱动器输出性能需要满足的必要条件是其作动行程必须大于等于外界微振动激励的位移[３３]ꎮ典型驱动器的行程和最大输出力如图５所示ꎮ图５㊀驱动器的静态输出特性比较图５中包括压电驱动器[３４ꎬ３５]㊁磁致伸缩驱动器㊁音圈电机[３６ꎬ３７]㊁高分子聚合物[３８]㊁静电驱动器[３９ꎬ４０]ꎮ由图５可知:压电驱动器和超磁致伸缩驱动器可用于抑制大负载的低幅振动ꎻ音圈电机能隔离幅度较大的振动并具有较强的带载能力ꎻ静电驱动器的输出功率较小ꎻ介电弹性体驱动器能对幅度较大的微振动进行抑制ꎬ但静态输出力不大ꎮ除了行程和最大输出力等静态性能外ꎬ隔振系统自身的固有频率也是重点分析的对象ꎮ一般而言ꎬ压电和超磁致伸缩驱动器的固有频率较高ꎬ而电磁㊁静电和介电弹性体驱动器的固有频率适中ꎮ４㊀系统模型的建立４.１㊀结构动力学建模一般利用集中参数模型对隔振系统进行描述ꎬ该模型由集中质量㊁集中刚度和集中阻尼组成ꎬ分布载荷等效在集中质量上ꎮ有限元模型也是隔振系统的常用建模方法之一ꎬ可使用有限元商业软件对隔振系统进行动力学分析ꎮ需要说明的是ꎬ有限元模型计算量大ꎬ如要进一步应用于主动控制ꎬ必须对原始模型进行缩减ꎮ针对集中参数模型或有限元模型ꎬ通过动力学建模方法可得到系统的动力学模型[４１]ꎮ常见的动力学建模方法如图６所示ꎮ动力学建模方法常规方法凯恩方程拉格朗日方程Ｈａｍｉｌｔｏｎ法牛顿欧拉法ìîíïïïï特殊方法传递矩阵法阻阬法传递函数法{ìîíïïïï图６㊀动力学建模方法ＬＩＵ等[４２]根据牛顿￣欧拉法建立了８支链隔振系统的动力学模型ꎬ并在此基础上分析了系统的结构参数对动力学响应的影响ꎮ振动传递率是微振动隔振系统重要的性能评价指标ꎬ其定义为隔振后运动或力的幅值与隔振前的比值ꎬ通常表示为频谱函数ꎮ微振动隔离平台传递率的求解方法包括传递矩阵法㊁阻抗法㊁频响函数综合法ꎮＰＲＥＵＭＯＮ等[４３]利用传递矩阵对Ｓｔｅｗａｒｔ隔振平台的底座和上平台之间的关系进行了表征ꎬ根据Ｆｏｒｂｅｎｉｕｓ范数ꎬ将多自由度系统的传递矩阵等效为单自由度形式的传递矩阵ꎬ进而求得振动传递率ꎮ针对主被动一体的隔振系统ꎬＫＩＭ等[４４]利用阻抗矩阵定量描述系统的物理特性ꎬ接着将阻抗矩阵转化为状态方程ꎬ为设计反馈控制器提供了理论支持ꎮ传递函数在微振动主动控制系统设计中应用较为广泛ꎮＹＥＮ等[４５]建立了多自由度压电式主动隔振装置的传递函数ꎬ利用解耦策略对传递函数矩阵进行了对角化ꎬ通过实验验证了变换模型的有效性ꎬ最后设计了离散式的滑模控制器ꎮ需要说明的是ꎬ隔振系统的基座是微振动干扰的直接受体ꎬ当基座相对于平台的柔性较大时ꎬ需要将柔性变形引入系统的结构动力学方程[４６]ꎮ４.２㊀驱动器迟滞建模驱动器是微振动隔振系统中产生力和运动的单元ꎮ在对隔振系统的静态和动态性能进行分析时ꎬ应当考虑驱动器的输出特性ꎮ驱动器将其他形式的能量８６２ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３８卷转化为机械能ꎬ因此基于能量的转换㊁调控和传递的过程ꎬ可对驱动器进行多物理场建模ꎮ例如ꎬ利用静电能和机械能的转换对静电式驱动器进行建模ꎬ利用电场能和机械能的转换对压电式驱动器进行建模ꎮ接下来ꎬ将对智能材料驱动器的建模方法进行归纳和总结ꎮ在小位移条件下ꎬ智能材料驱动器的位移输出可近似认为是线性的ꎬ此时可利用材料的线性本构方程建立驱动器的输入输出模型ꎮ压电材料和磁致伸缩材料的本构关系具有相似性ꎮＫＡＭＥＳＨ等[４７]利用本构方程建立了集成传感单元的压电作动器的多场耦合模型ꎮ虽然基于智能材料的驱动器在主动微振动控制中应用广泛ꎬ但在大变形条件下ꎬ材料的迟滞非线性对控制器的设计提出了挑战ꎮ迟滞指的是材料具有记忆性ꎬ当输入作用于系统时ꎬ它的输出表现为一定的滞后ꎮ为预测系统输出或补偿迟滞非线性ꎬ研究人员对迟滞进行了理论建模ꎬ例如物理法㊁唯象法等ꎬ前者根据驱动器的物理机理进行建模ꎬ后者根据驱动器输入输出的几何关系进行建模ꎮ常见的迟滞建模方法如图７所示ꎮ迟滞建模物理法ＪｉｌｅｓＡｔｈｅｒｔｏｎ木构模型能量模型{唯象法基于微分方程Ｄｕｈｅｍ模型ＢｏｕｃＷｅｎ模型{基于算子运算Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型Ｋｒａｓｎｏｓｅｌ ｓｋｉｉＰｏｋｒｏｖｓｋｉｉ(ＫＰ)模型Ｐｒａｎｄｔｌｌｓｈｌｉｎｓｋｉｉ(ＰＩ)模型ＭａｘｗｅｌｌＳｌｉｐ模型ìîíïïïïïïìîíïïïï其他方法多项式模型神经网络模型模糊模型{ìîíïïïïïïïïïïïïïï图７㊀迟滞建模方法限于篇幅ꎬ文中只对微振动主动控制研究中常用的几种迟滞建模方法进行综述:(１)Ｊｉｌｅｓ￣Ａｔｈｅｒｔｏｎ模型Ｊｉｌｅｓ￣Ａｔｈｅｒｔｏｎ(Ｊ￣Ａ)模型主要用于磁致伸缩驱动器的建模ꎮ早期的Ｊ￣Ａ模型是一种基于能量的静态磁滞模型ꎮ后来ＪＩＬＥＳ和ＳＡＢＬＩＫ等学者对该模型进行了扩充和修正ꎬ使修正后的模型能够描述磁化强度和磁致伸缩的耦合效应ꎬ极大地扩展了Ｊ￣Ａ模型的使用范围[４８]ꎮ(２)Ｂｏｕｃ￣Ｗｅｎ模型ＢＯＵＣ于１９７１年首次提出了一种迟滞的半物理建模方法ꎬＷＥＮ在１９７６年对该模型进行了改进ꎬ形成了Ｂｏｕｃ￣Ｗｅｎ模型[４９ꎬ５０]ꎮ广义的Ｂｏｕｃ￣Ｗｅｎ模型的表达式如下:ｄｚｄｔ＝Ａｄｖｄｔ－βｄｖｄｔ｜ｚ｜ｎ－αｄｖｄｔ｜ｚ｜ｎ－１ｚ(１)式中:ｖ 迟滞系统的输入ꎻｚ 迟滞系统的状态变量ꎻＡꎬβꎬα 描述迟滞环的形状参数ꎮ在压电驱动器中ꎬ通常认为ｎ＝１ꎮＺＨＡＮＧ等[５１]将线性本构方程和式(１)所示的Ｂｏｕｃ￣Ｗｅｎ模型结合ꎬ构建了磁致伸缩驱动器的非线性本构模型ꎬ并通过实验证明ꎬ利用该模型能有效拟合驱动器的迟滞曲线ꎮ(３)Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型是一种经典的迟滞算子模型ꎮ连续形式的Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型的数学表达式如下:ｙ(ｔ)＝ʏʏαȡβγαβ[ｕ(ｔ)]Ｐ(αꎬβ)ｄαｄβ(２)式中:ｕ(ｔ) 模型的输入ꎻｙ(ｔ) 模型的输出ꎻγαβ[ｕ(ｔ)] 矩形算子ꎻＰ(αꎬβ) 权函数ꎻαꎬβ 描述矩形算子形状的参数ꎮ根据输入信号方向的不同ꎬ矩形算子γαβ的取值为－１或１ꎮＰＡＳＣＯ等[５２]对比了基于线性本构方程和基于Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型的压电驱动器的迟滞建模方法ꎬ发现后者的建模精度更高ꎮ(４)ＰｒａｎｄｔｌＩｓｈｉｌｉｎｓｋｉｉ模型ＰｒａｎｄｔｌＩｓｈｉｌｉｎｓｋｉｉ(ＰＩ)模型是由Ｐｒｅｉｓａｃｈ模型发展而来的ꎬ它的基本元素为Ｐｌａｙ算子(间隙算子)或者Ｓｔｏｐ算子ꎮＰｌａｙ算子的表达式如下:ｆｒ[ｖ](ｔ)＝ｍａｘ{ｖ(ｔ)－ｒꎬｍｉｎ{ｖ(ｔ)＋ｒꎬｆｒ(ｔ－)}}ꎬｔ>０ｍａｘ{ｖ(０)－ｒꎬｍｉｎ{ｖ(ｔ)＋ｒꎬｆｒ(０)}}ꎬｔ>０{(３)Ｓｔｏｐ算子的表达式如下:ｅｒ[ｖ](ｔ)＝ｍｉｎ{ｒꎬｍａｘ{－ｒꎬｖ(ｔ)－ｖ(ｔ－)＋ｅｒ(ｔ－)}}ꎬｔ>０ｍｉｎ{ｒꎬｍａｘ{－ｒꎬｖ(ｔ)－ｖ(０)＋ｅｒ(０)}}ꎬｔ＝０{(４)式中:ｖ(ｔ) 算子的输入ꎻｆｒ(ｔ) Ｐｌａｙ算子的输出ꎻｅｒ(ｔ) Ｓｔｏｐ算子的输出ꎻｆｒ(０) Ｐｌａｙ算子的初始输出ꎻｅｒ(０) Ｐｌａｙ算子的初始输出ꎻｒ 描述算子形状的参数(也称为阈值)ꎻｔ－ 当前时间的前一时刻ꎮＰｌａｙ算子和Ｓｔｏｐ算子的关系可以表示为:ｆｒ[ｖ](ｔ)＋ｅｒ[ｖ](ｔ)＝ｖ(ｔ)(５)在分段单调连续输入函数作用下ꎬ基于Ｐｌａｙ算子９６２第３期易思成ꎬ等:微振动主动隔振系统的研究综述的ＰＩ模型可以表示为:ｙ[ｖ](ｔ)＝ｑｖ(ｔ)＋ʏＲ０ｐ(ｒ)ｆｒ[ｖ](ｔ)ｄｒ(６)式中:ｐ(ｒ) 密度函数(由实验测得的系统输入输出数据辨识得到)ꎻｑ 大于零的常数ꎮ当阈值ｒ较大时ꎬＰＩ模型的输出衰减较快ꎬ为方便计算ꎬＲ通常取为ɕꎮ相比于Ｐｒｅｉｓａｃｈ算子ꎬＰＩ算子的优点在于结构简单㊁逆算子有解析解㊁便于实时控制ꎮＫＵＨＮＥＮ[５３]推导并分析了ＰＩ算子的逆模型ꎬ并通过逆算子的补偿实现了磁致伸缩驱动器的精密定位ꎮ尽管ＰＩ算子有以上优点ꎬ但是它无法表征非对称迟滞环ꎬ对此研究人员提出改进的ＰＩ算子来解决该问题[５４ꎬ５５]ꎮ笔者[５６]利用多项式改进的ＰＩ模型ꎬ对磁致伸缩微振动隔振平台中的驱动器进行了迟滞建模ꎮ(５)迟滞率相关改进模型上述提到的物理或者唯象建模方法只对静态迟滞现象是有效的ꎮ当迟滞系统输入信号的频率增大时ꎬ原有静态迟滞模型无法描述迟滞系统的动态效应ꎮ因此ꎬ一些学者对率相关迟滞建模方法进行了研究与探讨ꎮ综上所述ꎬ迟滞物理模型对驱动器设计提供了理论依据ꎬ但这类模型比较复杂且精度有限ꎮ而迟滞唯象模型是以实验数据为基础ꎬ能较为精确地对驱动器迟滞环的形状进行描述ꎬ同时利用迟滞唯象模型还可设计基于迟滞逆的前馈控制器ꎮ５㊀振动主动控制方法微振动主动控制方法包括反馈控制㊁前馈控制㊁反馈和前馈结合的复合控制等ꎮ针对控制目标(微振动)和控制对象(微振动隔振系统)的特点ꎬ研究人员也设计了一些新型控制器ꎮ５.１㊀反馈控制方法利用ＰＩＤ控制可抑制微振动干扰引起的系统响应ꎮ欲使ＰＩＤ控制效果更优ꎬ需增大控制环节的增益ꎬ但这会引起控制器失稳ꎮ为此ꎬＪＡＥＮＳＣＨ等[５７]对隔振系统的机械结构进行了改进ꎬ提高了系统运动稳定性ꎬ同时探究了高增益(特别是高积分增益)对系统稳定性的影响ꎬ为控制器的参数调节提供了理论依据ꎮ在主动微振动控制中ꎬ常见的反馈量包括加速度㊁速度㊁位移或者力ꎮ 天棚阻尼 法是一种行之有效的振动控制方法ꎬ其基本原理是利用被隔对象的绝对速度设计微振动反馈控制器ꎮＹＯＳＨＩＯＫＡ等[５８]通过位移反馈和绝对速度反馈对６自由度隔振系统进行了控制ꎮ基于力传感的反馈在微振动控制中应用广泛[５９]ꎬ主要原因在于:(１)即使基座或敏感负载存在柔性ꎬ利用基于力传感的反馈控制也能保证隔振系统的稳定性ꎻ(２)微重力环境中低频加速度较难检测ꎬ此时可采用力传感进行闭环控制ꎮＧＥＮＧ等[６０]利用局部力反馈控制器调节驱动器的等效阻抗ꎬ使之与隔振系统的机械阻抗相等ꎬ从而最大程度地抑制了微振动干扰ꎮ在其他一些应用场合中ꎬ载荷的振动对基座的影响也应该予以考虑ꎮＨＡＵＧＥ等[６１]对这些影响进行了分析ꎬ发现产生该问题的原因是多轴隔振系统的耦合效应ꎬ并利用改进的控制器提升了６轴隔振系统的工作性能ꎮ５.２㊀前馈控制方法对于反馈控制ꎬ构造主动控制律仅需隔振系统的输出信号ꎮ若微振动干扰信号已知且是确定的ꎬ那么可以利用该先验知识设计前馈控制器ꎮ由于微振动干扰信号和振动传递通道的参数是时变的ꎬ在工程应用中ꎬ常采用自适应前馈方法补偿振动传递通道的时变动态ꎮ最为典型的自适应前馈控制器是基于有限脉冲响应(ｆｉｎｉｔｅｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅｓꎬＦＩＲ)的滤波ｘ最小均方控制器(ｆｉｌｔｅｒｅｄ￣ｘｌｅａｓｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅꎬＦｘＬＭＳ)[６２]ꎮＦｘＬＭＳ算法的基本框图如图８所示ꎮ图８㊀ＦｘＬＭＳ控制算法的框图Ｐ 初级通道ꎻＳ 次级通道ꎻＣ 控制器ꎻ＾Ｖ 次级通道的辨识模型ꎻｅ(ｎ) 隔振系统的输出信号ꎮ其中:Ｃꎬ＾Ｖ 用ＦＩＲ滤波器予以表示ꎮ在此基础上ꎬ也衍生出了一些其他形式的自适应前馈控制器ꎬ例如基于无限脉冲响应(ＩｎｆｉｎｉｔｅｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅꎬＩＩＲ)的滤波μ最小均方(ｆｉｌｔｅｒｅｄ￣μｌｅａｓｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅꎬＦｕＬＭＳ)控制器ꎬ基于ＦＩＲ的滤波ϵ最小均方(ｆｉｌｔｅｒｅｄ￣ϵｌｅａｓｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅꎬＦϵＬＭＳ)控制器[６３]ꎮ笔者[６４]对传统的ＦｘＮＬＭＳ算法进行了改进ꎬ依据多项式改进ＰＩ模型ꎬ对磁致伸缩微振动隔振系统的非对称迟滞进行了补偿控制ꎮ５.３㊀复合控制方法反馈控制和前馈控制各有优缺点ꎮ为提高微振动０７２ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３８卷隔振系统的性能ꎬ研究人员提出了反馈与前馈结合的复合控制方法ꎮ反馈控制和前馈控制的特性比较如表１所示ꎮ表１㊀振动反馈和前馈控制的比较方法优点缺点反馈(主动阻尼)(１)不需要进行建模ꎻ(２)配对控制时能保证系统稳定性ꎮ(１)仅对共振频率处的微振动干扰控制效果较好ꎮ反馈(基于模型)(１)能有效抑制低于系统截止频率的所有干扰ꎮ(１)隔振带宽受到限制ꎻ(２)高于截止频率的所有干扰被放大ꎻ(３)容易出现频率泄露的现象ꎮ前馈(１)对窄带微振动干扰的控制效果好ꎻ(２)隔振频带宽ꎮ(１)需要已知微振动干扰ꎻ(２)大量的实时运算ꎬ对硬件要求高ꎮ㊀㊀笔者[６５]利用ＰＩ反馈和ＦＩＲ前馈复合控制对噪声干扰下的原子力显微镜(ａｔｏｍｉｃｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙꎬＡＦＭ)的探针振动进行了主动控制ꎬ实验结果表明:控制器能有效减少窄带和宽带噪声导致的ＡＦＭ扫描图像的条纹和畸变ꎮＷＡＮＧ等[６６]利用力反馈和自适应前馈协同控制对多维微振动进行了主动控制ꎮ实验结果表明:利用自适应前馈控制器能对多频简谐干扰进行抑制ꎻ而利用基于主动阻尼的力反馈控制器能对有限宽带内的随机微振动干扰进行抑制ꎮ５.４㊀新型控制方法由于主动隔振系统的模型复杂㊁具有多个控制目标以及受到外界干扰的影响ꎬ在某些情况下ꎬ利用传统控制方法无法实现预期的微振动隔离效果ꎬ因此人们对新型控制方法[６７]进行了探索和研究ꎬ例如鲁棒控制㊁自适应控制㊁预测控制㊁模糊控制㊁滑模控制等ꎮ若隔振系统有模型不确定性ꎬ或者存在外部扰动ꎬ则闭环反馈控制系统可能出现不稳定ꎮ对此ꎬ研究人员基于鲁棒理论设计了具有鲁棒稳定性的控制器ꎮ控制器的结构框图如图９所示ꎮ图９㊀模型不确定性系统的鲁棒控制Δ 模型不确定性ꎻＫ 控制器ꎻｗ 外界干扰ꎻｕ 控制输入ꎻｖ 反馈信号ꎻｚ 系统输出针对系统模型不确定性㊁多控制目标ꎬＯＯＭＥＮ等[６８]设计了基于Ｈɕ范数在线估计的鲁棒控制器ꎬ对多维微振动干扰进行抑制ꎮ根据鲁棒控制理论ꎬ利用Ｈ２控制可以保证系统的名义性能ꎬ利用Ｈɕ控制可以提高系统在参数不确定或高频模态未建模时的鲁棒稳定性ꎮＭＥＬＥＩＳ等[６９]设计了Ｈ２/Ｈɕ复合控制器ꎬ并通过实验分析了其在微重力隔振系统上的有效性ꎮ为提高控制器的实时性ꎬ对Ｈ２/Ｈɕ控制器进行了降阶处理ꎮ除了Ｈ２和Ｈɕ控制外ꎬμ综合控制也在微振动主动隔振系统中得到了应用ꎮμ综合控制的基本原理是对隔振系统的结构奇异值进行最优化ꎬ这样即使隔振系统的刚度和阻尼在一定范围内变化ꎬ隔振系统仍具有良好的鲁棒稳定性和鲁棒性能ꎮ当隔振系统的模型参数或者周围环境特征缓慢变化时ꎬ利用自适应算法调节控制器的参数ꎬ能实现微振动的有效控制ꎮＺＵＯ等[７０]提出了自适应模型趋近控制方法ꎬ不同于传统的模型参考自适应控制方法ꎬ它的控制目标是模型的状态变量而不是跟踪误差ꎬ控制器中的参考模型是５.１节中提到的 天棚模型 ꎮ考虑到柔性梁在旋转过程中弹性模量和转动惯量会发生变化ꎬＬＩ等[７１]设计了一种输出力矩能自动调节的自适应控制器ꎮ鲁棒自适应控制器结合了鲁棒控制和自适应控制的优点ꎬ既能应对隔振系统的模型参数不确定性问题ꎬ又能解决系统中未知的非线性问题ꎮＳＵＮ等[７２ꎬ７３]将鲁棒自适应控制方法应用于电液驱动的主动悬置系统ꎮ考虑到主动悬置系统在运行过程中有效负载的质量会发生变化ꎬＬＩ等[７４]利用Ｔａｋａｇｉ–Ｓｕｇｅｎｏ模糊方法建立了系统的模糊模型ꎬ当系统的载荷质量变化时ꎬ该模型的输出也会随之变化ꎻ在模糊模型的基础上ꎬ作者设计了滑模控制器ꎬ使得系统的状态变量在特定的滑模平面上变化ꎮ６㊀研究展望６.１㊀驱动传感一体式隔振系统在一些应用场合中ꎬ受到结构尺寸的限制以及使用环境的影响ꎬ驱动器不能较好地和外部传感器兼容ꎮ基于自传感技术的微振动隔振平台是一种较为理想的解决方案ꎮ这种技术在反馈量易自检的驱动器中比较常见ꎬ如静电㊁压电[７５￣７７]和电力[７８]驱动器ꎮ基于ＭＥＭＳ的驱动传感一体化隔振系统具有体积小㊁功率密度高等优点ꎬ应用前景广泛ꎮ６.２㊀振动能量回收微振动的主动控制是通过驱动器主动耗散微振动１７２ 第３期易思成ꎬ等:微振动主动隔振系统的研究综述。
声学基础隔振原理
声学基础隔振原理声学基础隔振原理是指通过减少振动源与受体之间的能量传递，来降低振动和噪声的传播。
隔振的主要目的是防止振动能量通过结构或介质传播到周围环境中，从而减少噪声和振动对人们生活和工作的干扰。
隔振原理基于以下几个方面：1. 弹性支撑：使用弹性材料，如橡胶、弹簧等，将振动源与基础结构隔开。
弹性支撑可以吸收和衰减振动能量，减少振动的传递。
2. 质量惯性：增加振动系统的质量可以降低其振动频率，使其与外部激励频率错开，从而减少共振的发生。
质量惯性大的物体对振动的响应较小。
3. 阻尼损耗：在振动系统中引入阻尼材料或机制，如阻尼器、减振垫等，可以将振动能量转化为热能等其他形式的能量消耗掉，进一步减少振动的幅度和持续时间。
4. 隔振器设计：隔振器是专门设计用于隔离振动的装置，它可以根据具体的振动特性和要求进行定制。
隔振器通常由弹性元件和阻尼元件组成，以实现最佳的隔振效果。
5. 结构隔声：通过合理的结构设计，如隔声墙、隔声罩等，减少声音的传播。
隔声结构可以阻挡声音的直接传播，降低噪声的辐射。
6. 声学材料应用：使用吸声材料和隔音材料，如吸音棉、隔音板等，吸收和散射声音能量，减少声音的反射和传播。
综上所述，声学基础隔振原理的核心是通过弹性支撑、质量惯性、阻尼损耗等手段，减少振动能量的传递和噪声的辐射。
这些原理在机械设备、建筑声学、交通运输等领域都有广泛的应用，对于提高生活质量、保护环境和保障人们的健康具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的隔振方法和材料，并进行合理的设计和安装，以达到良好的隔振效果。
同时，还需要考虑成本、空间限制和使用要求等因素，以实现经济、有效的隔振解决方案。
振动控制的基本途径隔振原理隔振元件隔振设计
10.2.1 主动隔振：设备-基础
力传递率Tf：通过隔振装置传递到 基础上力Ff的幅值Ff0与作用在质量 m上激励力的幅值F0之比。
10.2.2 被动隔振：基础-设备
位移传递率T：通过隔振装置传递 到机器上的振动位移幅值y0与系统 基础受到外来振动影响产生的位移 幅值yf0之比。
阻 尼 因 子 一 般 取
阻尼层结构：将高阻尼材料与振动构件结合成一个整体，增大振动能量的损耗；
f远高于f0时，增大设备基础质量，减小系统的振动； 2 振动隔离（增加振动传递损失）
隔
1 主动隔振：设备-基础
减小激励力：系统本身的不平衡力 在振动的传递路径上采取措施减少振动的传递
振
固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
断开传递构件嵌入一段轻质材料（或保留空隙），会形 f远高于f0时，增大设备基础质量，减小系统的振动；
(1)确 定 d和 D， d1.6 kW 0C1.61.3*1725*50.85cm
r
40000
CD4~10， k=(4C+2)/(4C-3),r=4104N/cm2 d
(2)确 定 有 效 工 作 圈 数 ： n08G K C d38 8 1 1 0 7 6 2 50 .5 83 54 弹 簧 全 部 圈 数 n41.55.5圈
器
柔性接管:材质有橡胶、金属、丝网、帆布和塑料等。
固体声的频率越高，隔断的效果越明显。
力传递率Tf：通过隔振装置传递到基础上力Ff的幅值Ff0与作用在质量m上激励力的幅值F0之比。
10. 3 隔振元件
不锈钢丝绳隔振器
10. 3 隔振元件
橡 胶 隔 振 器
10. 3 隔振元件
橡胶隔振垫
10. 3 隔振元件
隔振的原理及方法
隔振的原理及方法下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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仿生隔振器设计方法研究进展
2024 年第 22 卷
报
类非线性隔振器,并结合结构的非线性恢复力表达
振单元的几何构型、可调控参数与低频隔振性能展
式对隔振性能展开讨论分析;第三部分主要介绍了
开汇报讨论 .
几种包含仿生设计方法的折纸隔振器,并着重讨论
了 Mi
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a折纸与 Kr
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ng 折 纸 结 构 的 等 效 建 模 方
1.
1 仿腿部构型隔振器
中图分类号:
O328
文献标志码:
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生隔振器恢复力本构与隔振性能做了详细的阐述和对比,旨在通过 隔 振 器 隔 振 频 带 的 横 向 对 比 厘 清 几 何 构
型与可调参数的影响,以此厘清隔振器几何设计和隔振性能的关 系 .并 且,本 文 展 望 了 未 来 仿 生 隔 振 器 的 发
展前景和研究方向 .
隔振理论的要素及隔振设计方法
隔振理论的要素及隔振设计方法采用隔振技术控制振动的传递是消除振动危害的重要途径。
隔振分类1、主动隔振对于本身是振源的设备，为了减少它对周围的影响，使用隔振器将它与基础隔离开来，减少设备传到基础的力称为主动隔振，也称为积极隔振。
2、被动隔振对于允许振幅很小，需要保护的设备，为了减少周围振动对它的影响，使用隔振器将它与基础隔离开来，减少基础传到设备的振动称为被动隔振，也称消极隔振。
隔振理论的基本要素1、质量m（Kg）指作用在弹性元件上的力，也称需要隔离构件（设备装置）负载的重量。
2、弹性元件的静刚度K（N/mm）在静态下作用在弹性元件上的力的增量T与相应位移的增量δ之比称为刚度K=T（N）/δ（m）。
如果有多个弹性元件，隔振器安装在隔振装置下，其弹性元件的总刚度计算方法如下：如有静刚度分别为K1、K2、K3…Kn个弹性元件并联安装在装置下其总刚度K=K1+K2+K3+…+Kn。
如有静刚度分别为K1、K2、K3…Kn个弹性元件串联安装在装置下其总刚度1/K=（1/K1）+ （1/K2）+ （1/K3）+（…）+ （1/Kn）。
3、弹性元件的动刚度Kd。
对于橡胶隔振器，它的动刚度值与隔振器橡胶硬度的高低，使用橡胶的品种有关，一般的计算办法是该隔振器的静刚度乘以动态系数d，动态系数d按下列选取：当橡胶为天然胶，硬度值Hs=40-60，d=1.2-1.6当橡胶为丁腈胶，硬度值Hs=55-70，d=1.5-2.5当橡胶为氯丁胶，硬度值Hs=30-70，d=1.4-2.8d的数值随频率、振幅、硬度及承载方式而异，很难获得正确数值，通常只考虑橡胶硬度Hs=40°-70°。
按上述围选取，Hs小时取下限，否则相反。
4、激振圆频率ω（rad/s）当被隔离的设备（装置）在激振力的作用下作简谐运动所产生的频率，激振力可视为发动机或电动机的常用轴速n其激振圆频率的计算公式为ω=（n/60）×2πn—发动机（电动机）转速n转/分5、固有圆频率ωn（rad/s）质量m的物体作简谐运动的圆频率ωn称固有圆频率，其与弹性元件（隔振器）刚度K的关系可由下式计算：ωn（rad/s）=√K（N/mm）÷m（Kg）6、振幅A（cm）当物体在激振力的作用下作简谐振动，其振动的峰值称为振幅，振幅的大小按下列公式计算：A=V÷ωV—振动速度cm/sω—激振圆频率，ω=2πn÷60（rad/s）7、隔振系数η（绝对传递系数）隔振系数指传到基础上的力F T与激振力F O之比，它是隔振设计中一个主要要素，隔振系数按不同的隔振类型分别选取，一般选择围0.25-0.01，最佳选择围为0.11-0.04。
动力反共振隔振
动力反共振隔振动力反共振隔振是一种应用在工程领域中的重要技术，它能够有效地减少共振现象对设备和结构的影响，保证其正常运行和安全性。
本文将从动力反共振和隔振的基本概念、原理和应用角度进行阐述，旨在向读者介绍这一重要的工程技术。
一、动力反共振的基本概念和原理动力反共振是指通过改变系统的动力特性，使其与外界激励频率产生差异，从而避免共振现象的发生。
共振是指在特定条件下，系统受到与其固有频率相同的外界激励时，会产生非常大的振幅，从而导致系统的破坏或失效。
动力反共振的目的就是通过改变系统的刚度、阻尼或质量等参数，使其固有频率与外界激励频率产生差异，从而避免共振现象的发生。
动力反共振的原理主要包括两个方面：一是改变系统的刚度，即增加或减少系统的刚度，使其固有频率发生改变；二是改变系统的阻尼，即增加或减少系统的阻尼，使其固有频率发生改变。
通过改变刚度和阻尼这两个参数，可以有效地改变系统的固有频率，从而避免与外界激励频率产生共振。
二、动力反共振的应用领域动力反共振技术在工程领域中有着广泛的应用。
其中，振动控制是最常见的应用之一。
在很多机械设备中，由于工作过程中产生的振动会对设备产生不利影响，甚至导致设备的破坏，因此需要采取措施进行振动控制。
动力反共振技术就是一种常用的振动控制手段，通过改变系统的动力特性，避免共振现象的发生，从而减小振动对设备的影响。
动力反共振技术还被广泛应用于建筑结构的抗震设计中。
在地震发生时，由于地震波的作用，建筑结构会发生共振现象，从而导致结构的破坏。
为了保证建筑物的安全性，需要采取相应的措施来抑制共振现象。
动力反共振技术正是一种有效的抗震措施，通过改变建筑结构的动力特性，减小共振效应，提高结构的抗震能力。
动力反共振技术还被应用于航天、船舶、桥梁等领域。
在航天器发射过程中，由于发动机的振动会对航天器产生影响，因此需要采取动力反共振技术来保证航天器的稳定性和安全性。
在船舶和桥梁中，由于外界风浪和车辆振动等因素的影响，会产生共振现象，对船舶和桥梁的结构安全造成威胁，因此需要采取动力反共振技术进行振动控制和抗震设计。
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隔振 对 光 电跟 踪 系 统 频 率特 性 的
影 响及 其 抑 制
于 伟 １， ，马佳光 １， 田 竞 ，肖 靖 ４ ，， ２４ ３ ， ２
（ ．中国科学院光 电技术研究所 ，成都 ６ ００ ； １ １２ ９ ２ ．中国科学院光束控制 重点实验室 ，成都 ６ ０ ０ ； １２ ９ ３ ．中国科学院研究生院 ，北京 １０４ ； ０ ０ ９
４ 徐 州 空 军 学 院 ，江 苏 徐 州 ２ １０ ） ． ２００
摘要 ：针对 隔振对 光电跟踪 系统频率响应特性 的影响 ，从带 隔振装置的光电跟踪 系统动力学模 型入 手，研 究 了系
统频率特性的变化规律 。提 出了两种抑 制隔振装置影响的思路：调整隔振装 置机械结构设计 ，改善基座 的角运动 谐振特性；通过调整 方位轴控制策略消除基座 晃动对跟踪控制的不利影响。对后 一种思路进行 了深入的研 究，将 基座和光 电系统的角位 置和 角速度 实测信 息作 为状 态变量 ，采用状态反馈 配置极 点的方法 ，消除速度响应环节的 谐振极点 ，抵 消谐振零 点。对安装在 隔振装置上的莱光 电跟踪 系统进行仿真 实验 结果，在保证稳定的前提下 ，状
中 图分 类 号 ：Ｖ ５ ． ５ ６５ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄ １ ． ６／ｉ ｎ１０ ．０ Ｘ． １ ． ．１ ｏ ： ０３ ９ ．ｓ． ３５ １ ２ ２０ ０ ｉ ９ ｊｓ ０ ０ ４ １
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态反馈配置极 点方法将稳 态振 荡的幅值 由 ２ × ０ ａ ． １ ｒｄ减小到 ７ １～ｒｄ ４ ｘ ０ ａ 。结果表明，采用状 态反馈 配置 系统速度 响应环节 闭环期望极 点的方法可 以有效抑制隔振装置对 光电跟踪 系统频率特性的影响。
关键词 ：光 电跟踪 系统；隔振 ；频率特性；状态反馈
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第 ３ 卷第 ４ ９ 期
２１ ０ ２年 ４月
光 电工程
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文章 编号 ：１ ０ — ０ Ｘ（０ ２０ — ０ ０ ０ ０ ３ ５ １ ２ １）４ ０ ６ — ７
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