二自由度振动系统的简单主动控制[设计+开题+综述]

开题报告

机械设计制造及其自动化

二自由度振动系统的简单主动控制

一、选题的背景与意义

振动控制是振动工程领域内的一个重要分支，可分为被动控制与主动控制两类。被动控制由于不需外界能源，装置结构简单，许多场合下减振效果与可靠性较好，已经获得广泛应用。但随着科学技术的发展，以及人们对振动环境、产品与结构振动特性越来越高的要求，被动控制已难以满足要求。

本文将通过对车辆的振动特性进行分析，建立二自由度分析模型，选取适当的简单的控制方法，对其进行控制，使之平顺性更好。

二、研究的基本内容与拟解决的主要问题

2.1研究的基本内容

（1）了解车辆平顺性和控制理论的相关背景知识；

（2）建立二自由度系统，能够进行仿真分析；

（3）在模型中建立作动器，对模型进行改进；

（4）对分析结果进行总结，分析控制前后模型的加速度均方根值的变化；

2.2拟解决的主要问题

对二自由度振动系统进行仿真模拟并对其动态特性进行研究，并加入控制系统，根据振动控制系统仿真结果，控制能达到良好的隔振效果。

三、研究的方法与技术路线

本课题的技术路线主要是通过分别建立1/4车辆振动系统的被动和主动悬架，并进行相应的仿真，最后通过对比来说明主动悬架和被动悬架对于车辆的减震效果的差异。课题的技术路线如下：

图3-1 技术路线图

四、研究的总体安排与进度

（1）了解车辆平顺性和控制理论的相关背景知识（1周）；

（2）建立二自由度系统，能够进行仿真分析；（3周）；

（3）在模型中建立作动器，对模型进行改进；（4周）

（4）对分析结果进行总结，分析控制前后模型的加速度均方根值的变化（2周）；

（5）整理、撰写毕业论文（2周）。

参考文献

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毕业论文文献综述

机械设计制造及其自动化

二自由度振动系统的简单主动控制

摘要：为了改善车辆的平顺性，本文建立了车辆的二自由度振动模型。并阐述了振动主动控制中主要控制方法和策略及应用中存在的问题。同时，介绍了国内的部分学者对振动主动控制方面的研究。最后，并对其进行了相应的总结。

关键词：二自由度振动主动控制

1、引言

振动主动控制主要应用主动闭环控制，其基本思想是通过适当的系统状态或输出反馈，产生一定的控制作用来主动改变被控制结构的闭环零、极点配置或结构参数，从而使系统满足预定的动态特性要求。控制规律的设计几乎涉及到控制理论的所有分支，如极点配置、最优控制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制以及遗传算法等。本材料主要参考了《振动主动控制技术的研究进展》、《基于MATLAB的自整定模糊PID控制系统》等论文的相关方法。

2、1/4单轮车辆模型

它是由车身质量ms、车轮质量mt、悬架弹簧刚度ks、车轮刚度系数kt、作动

器组成。其中，xg路面位移，Xb车身位移，Xw车轮位移。

3、控制系统简介

3.1独立模态空间法

独立模态空间法的基本思想是利用模态坐标变换把整个结构的振动控制转化为对各阶主模态控制，目的在于直接改变结构的特定振型和刚度。这种方法直观简便，充分利用模态分析技术的特点，但先决条件是被控系统完全可控和可观，且必须预先知道应该控制的特定模态。

3.2极点配置法

极点配置法也称特征结构配置，包括特征值配置和特征向量配置两部分。系统的特征值决定系统的动态特性，特征向量影响系统的稳定性。根据对被控系统动态品质的要求，确定系统的特征值与特征向量的分布，通过反馈或输出反馈来改变极点位置，从而实现规定要求。

3.3最优控制

最优控制方法就是利用极值原理、最优滤波或动态规划等最优化方法来求解结构振动最优控制输入的一种设计方法。由于最优控制规律是建立在系统理想数学模型基础之上的，而实际结构控制中往往采用降阶模型且存在多种约束条件，因此基于最优控制规律设计的控制器作用于实际的受控结构时，大都只能实现次最优控制。

3.4自适应控制

自适应控制主要应用于结构及参数具有严重不确定性的振动系统，大致可分为自适应前馈控制、自校正控制和模型参考自适应控制三类。自适应前馈控制通常假定干扰源可测；自校正控制是一种将受控结构参数在线辩识与受控器参数整定相结合的控制方式；而模型参考自适应控制是由自适应机构驱动受控制结构，使受控结构的输出跟踪参考模型的输出。

3.5鲁棒控制

虽然自适应控制可用于具有不确定性振动系统，但自适应控制本身并不具备强的鲁棒性。鲁棒控制设计选择线性反馈律，使得闭环系统的稳定性对于扰动具有一定的抗干扰能力。