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研究生: 謝文軒
Wen-hsuan Hsieh
論文名稱: 主動式隔振平台之控制器設計
Controller Design for an Active Vibration Isolation Stage
指導教授: 黃緒哲
Shiuh-Jer Huang
口試委員: 黃安橋
An-Chyau Huang
周瑞仁
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 134
中文關鍵詞: 控制主動式隔振
外文關鍵詞: Active Vibration Isolation
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在精密加工與製造工業上,外界振動干擾對產品的精度有很大的影響,常見的隔振系統均屬於被動式架構,例如氣壓隔振桌,對動態變化大的外界振動干擾,被動式隔振架構的隔振效果有其限制,本研究利用壓電致動器響應快、出力大的優點,設計出主動式隔振平台,並且以氣壓平台模擬外界振動干擾,利用主動式隔振平台來消除氣壓平台所產生的外界干擾量以達到主動式隔振的效果。
本研究採用函數近似適應性控制器作主動式隔振控制,利用線上參數估測系統以架構適應性控制器,外界干擾與隔振系統之不確定性則利用函數近似法來近似之,隔振系統閉迴路的穩定性以Lyapunov 穩定準則加以驗證,並將隔振平台加入灰色預測器以達成預先補償控制之架構,另一方面本研究以減少函數近似之正交基底函數數目為目標,加入閉迴路滑動模糊控制器來消除因為減少正交基底函數數目所造成的近似誤差。
本研究所提出不同的控制架構,實際應用於主動式隔振平台之振動抑制,以驗證壓電平台受到氣壓平台所產生之單頻外界振動干擾與複頻外界振動干擾影響的控制性能以及壓電平台之隔振效果,經過實驗証明本研究所提出之控制器針對不同外界振動干擾下可達良好的主動隔振性能。


It is well known that the external vibration disturbance will influence the precise machining and manufacturing accuracy. Usually, pneumatic isolation table is used as the passive oscillation suspension. However, passive pneumatic system has low frequency isolation limitation. In this study, a piezoelectric actuating table is designed for the active vibration isolation purpose by using the large payload capacity and quick response advantage of piezo actuator.
Here, adaptive control structure is constructed based on on-line parameters estimation scheme and Fourier series based function approximation scheme for active vibration control. The function approximation is used to estimate system disturbance and uncertainty. The Lyapunov criterion is used to prove the control system stability. The grey predictor is introduced to improve the control performance of the isolation system by adopting its pre-compensation behavior. Finally, a combination of fuzzy sliding-mode with function approximation based adaptive control is proposed to control this active piezoelectric isolation system by using finite terms of orthogonal function.
The proposed controllers are employed to control an active vibration isolation table. A four legs pneumatic table is used to generate the system external disturbance. The experimental results show that the proposed controllers can achieve good vibration performance under different external disturbance. The additional fuzzy sliding-mode control loop for reducing the number of approximation functions and improving the control performance are investigated, too.

摘 要 I Abstract II 誌 謝 III 目 錄 IV 圖表索引 VII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 隔振系統文獻回顧 2 1.2.2 灰色理論文獻回顧 3 1.2.3 滑動模糊控制器文獻回顧 4 1.3 研究目標與動機 5 1.4 論文架構 6 第二章 系統架構 7 2.1 系統簡介 7 2.2 系統各部份介紹 10 2.2.1 氣壓平台 10 2.2.2 氣壓比例方向控制閥 12 2.2.3 隔振平台與壓電致動器 12 2.2.4 雷射位移計 17 2.2.5 個人電腦與控制介面卡 19 第三章 壓電平台之系統鑑定 20 3.1 系統鑑定理論 20 3.2 系統鑑定實驗 23 第四章 函數近似理論 34 4.1 特徵問題 34 4.2 特徵理論 34 4.3 函數近似 38 4.4 函數近似法的應用 39 4.4.1 函數近似法應用於一階系統 39 4.4.2 函數近似法應用於高階非線性系統 41 第五章 灰色理論 43 5.1 概論 43 5.2 灰生成 44 5.3 以實例說明灰色過程中如何以數據生成運算找出數據規律 45 5.4 灰建模 46 5.5 灰色預測與函數近似適應性控制器的結合 49 第六章 控制器設計 52 6.1 函數近似適應性控制器 53 6.2 函數近似適應性控制器穩定分析 54 6.3 函數近似適應性控制器結合模糊滑動控制器 55 6.3.1 模糊理論與設計 55 6.3.2 函數近似適應性控制器結合模糊滑動控制器設計 58 6.4 函數近似適應性控制器結合模糊滑動控制器穩定分析 61 第七章 實驗與結果 63 7.1 函數近似適應性控制器的實驗結果 67 7.1.1 單頻外界振動干擾隔振之實驗結果 67 7.1.2 單頻外界振動干擾隔振之結果分析 71 7.1.3 複頻外界振動干擾隔振之實驗結果 73 7.1.4 複頻外界振動干擾隔振之結果分析 77 7.2 函數近似適應性滑動模糊控制器的實驗結果 78 7.2.1 單頻外界振動干擾隔振之實驗結果 78 7.2.2 單頻外界振動干擾隔振之結果分析 83 7.2.3 複頻外界振動干擾隔振之實驗結果 84 7.2.4 複頻外界振動干擾隔振之結果分析 89 7.3函數近似適應性控制器針對正交基底數目對隔振系統性能影響 之分析 90 7.4以減少函數近似適應性控制器之正交基底函數為基礎加入滑動 模糊控制器消除近似誤差之實驗結果 94 7.4.1 單頻外界振動干擾隔振之實驗結果 94 7.4.2 單頻外界振動干擾隔振之結果分析 99 7.4.3 複頻外界振動干擾隔振之實驗結果 100 7.4.4 複頻外界振動干擾隔振之結果分析 105 第八章 結論與建議 107 8.1 結論 107 8.2 未來發展與建議 108 參考文獻 109 附錄A 113 附錄B 114 作者簡歷 115 授權書 116

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