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随着微机电系统(MEMS)技术与纳米加工、测量技术的蓬勃发展,无论是科学研究,还是工业生产对物理实体几何尺寸的加工和测量精度要求都发展到了微/纳米级。因此对加工和测量环境也提出了更高的要求,通常需要恒温、净噪等条件。然而振动干扰无处不在,且很难根本消除,所以低频微振动的抑制与隔离便成了微/纳米加工、测量中极其重要的一个研究课题。在主动抗振的研究、应用领域,采用音圈电机的主动吸振器来吸收低频微振动越来越受到人们的亲睐。因其具有体积小、结构简单、线性力-行程、高速和高加速度等特性,在精密仪器仪表和微/纳米加工测量领域有着广泛地研究前景。
本论文通过对市场现有隔振产品以及国内外大量科研文献的参考和研究,采用了双层主动与被动相结合的混合振动隔离系统。在利用动力学模型和Matlab工具软件分析、仿真了一维被动隔振系统、一维主动隔振系统、双层被动隔振系统,以及音圈电机用于主动吸振器的效果的基础上,结合本实验室原有恒温箱和箱体内的测量平台的结构,设计了新的恒温箱总成体的隔振方案,提高了恒温箱总成体的隔振适应性。
文中针对这种混合隔振系统,设计了Fuzzy-PID控制器,并利用Matlab工具软件仿真、比较了不同振动干扰输入时,该混合隔振系统与被动隔振系统的表现。仿真结果表明,该混合隔振系统对低频微振动的抑制、隔离效果明显优于被动隔振系统。
并以TI的DSPTMS320F2812为运算控制核心,设计了该混合隔振系统的控制硬件电路。在参考μC/OS-Ⅱ中的时钟节拍和消息队列思想的基础上,设计了一种基于系统时钟节拍和消息机制的软件系统,以满足控制系统的实时性要求。该软件系统完全由C语言编写而成,对硬件的依赖度小,可以很方便地移植到其他控制硬件和项目中去。