[發(fā)明專利]一種基于磁懸浮減震裝置的預(yù)測控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011123795.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號(hào): CN112286054B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉然;閆景昊;葛慧林;魏海峰;智鵬飛;朱安宏
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發(fā)明涉及精密儀器保護(hù)領(lǐng)域，具體地說，是一種基于磁懸浮減震裝置的預(yù)測控制方法。這種方法利用磁懸浮技術(shù)主動(dòng)式抬升高精密設(shè)備，使其實(shí)現(xiàn)主動(dòng)避震與降噪，具體包括以下內(nèi)容：分析磁懸浮抬升減振保護(hù)裝置的工作原理，列寫偏移方程和轉(zhuǎn)動(dòng)方程，其為非線性方程；將列出的非線性方程線性化，以電流為控制量列寫狀態(tài)方程；將磁懸浮抬升減振保護(hù)裝置的狀態(tài)方程采用前項(xiàng)歐拉法離散化，列寫預(yù)測控制方程，設(shè)計(jì)預(yù)測控制器；針對被懸浮抬升保護(hù)的物體偏移位置和轉(zhuǎn)動(dòng)角度的約束，設(shè)計(jì)優(yōu)化算法；進(jìn)一步優(yōu)化算法，給出迭代求解步驟，最終迭代求取最佳解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密儀器保護(hù)領(lǐng)域，具體地說，是一種基于磁懸浮減震裝置的預(yù)測控制方法，利用磁懸浮技術(shù)抬升高精密設(shè)備，使其實(shí)現(xiàn)主動(dòng)避震的控制方法。

背景技術(shù)

船舶設(shè)計(jì)中，尤其是水下特種船舶，如潛艇、水下機(jī)器人、水下載人探測器，對于精密儀器有著嚴(yán)格的避震要求。船舶避震還與陸地車輛有所不同，陸地車輛避震只需要考慮與地面垂直方向的振蕩力，而船舶尤其是水下航行的特種船舶需要考慮全方位的振蕩干擾力。這種全方位的振蕩干擾力會(huì)引起重要設(shè)備的結(jié)構(gòu)疲勞，對設(shè)備的使用壽命造成影響，重要的是重要設(shè)備的主動(dòng)避震技術(shù)可以極大減低設(shè)備運(yùn)行噪音，增強(qiáng)船舶運(yùn)行的隱蔽性。目前針對船舶重要設(shè)備的減振措施主要有：

(1)增大機(jī)座尺寸增強(qiáng)機(jī)座剛性

這種方法可以一定程度降低設(shè)備振幅、消除外部干擾。但是機(jī)座的尺寸與剛度不能無限制提高，其還需要服從布置和經(jīng)濟(jì)性的需要。

(2)采用彈性支撐和連接

船舶重要設(shè)備避震一般采用這種方法，彈性材料主要有橡膠隔振器和金屬隔振器等形式。橡膠隔振器價(jià)格便宜、不易變形，但是在高溫下容易老化，并且彈性變差，而且會(huì)燃燒；金屬隔振器雖然不受溫度影響，不會(huì)老化，易生產(chǎn)。但是由于本身阻尼很小，在共振時(shí)傳遞比非常大，此外高頻時(shí)金屬隔振器會(huì)傳遞振動(dòng)等。

(3)液壓框體

液壓框體是水下船舶尤其是安靜性要求極高的潛艇用于重要設(shè)備減振消聲的重要設(shè)備，其利用液壓桿構(gòu)成可變形框體，可以將重要設(shè)備安裝在其中，僅由液壓桿連接設(shè)備與外殼框體，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行自身振動(dòng)或受到外部振動(dòng)干擾時(shí)，液壓桿可以收縮吸收振動(dòng)阻尼，達(dá)到消聲阻震的作用。液壓框體可以實(shí)現(xiàn)全方位的避震，但是其體積較大，造價(jià)可觀。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述減振方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種磁懸浮避震裝置，并設(shè)計(jì)了設(shè)備的控制算法，其將利用磁懸浮抬升減振保護(hù)裝置將重要設(shè)備懸空，將其與船體的接觸有效隔離，從而達(dá)到減振、消聲的目的。這種裝置采用模塊化設(shè)計(jì)思路、單個(gè)模塊結(jié)構(gòu)簡單、整體系統(tǒng)易于快速檢修、體積小巧。此外針對主動(dòng)式磁懸浮PID控制裝置魯棒性較差，對外界擾動(dòng)敏感的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種預(yù)測抬升重物運(yùn)動(dòng)軌跡并對其調(diào)節(jié)的控制算法，對PID方法相比，本發(fā)明所述的方法響應(yīng)速度更快，魯棒性更強(qiáng)，在優(yōu)化控制過程中考慮隨機(jī)擾動(dòng)因素，形成實(shí)時(shí)閉環(huán)的動(dòng)態(tài)控制，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

本發(fā)明是一種基于斥力型磁懸浮模型的磁懸浮主動(dòng)減振控制技術(shù)，其根據(jù)斥力型磁懸浮模型，推算動(dòng)態(tài)穩(wěn)定過程中系統(tǒng)的最佳輸入。針對被提升的物體容易受到外界干擾，比如船舶航行時(shí)受到水流的影響造成船體搖晃，或者由于自身的振動(dòng)造成的位置偏差，旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種預(yù)測控制器，該控制器能夠使系統(tǒng)更快地進(jìn)入動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對物體姿態(tài)的控制。

本發(fā)明披露的一種基于磁懸浮減震裝置的預(yù)測控制方法，具體技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟一：提出一種磁懸浮減震裝置模型，能夠使得振動(dòng)和噪聲的傳播得到有效限制；

步驟二：基于磁懸浮減震裝置，分析其工作原理，考慮其受到擾動(dòng)引起被抬升物的偏移和轉(zhuǎn)動(dòng)，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和轉(zhuǎn)動(dòng)方程，其為非線性方程；

步驟三：將列出的非線性方程線性化，以電流為控制量列寫狀態(tài)方程；