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题目:基于DSP的振动主动控制系统设计和实现

  摘要

振动一直伴随着人们的日常生产和生活,很多时候它给人类和机器带来危害。在科学技术飞速发展的今天,先进武器设备、高精密光学平台的精确控制、宇航器、精密仪器与仪表等的主动隔振问题日渐突出。经过多年的研究,已有众多学者在振动主动控制方面取得研究成果。由于基于工控机的控制系统体积相对庞大、造价昂贵,并且由于控制系统小型化的需求,新一代的基于数字信号处理器(DSP)的实时控制系统应运而生。随着微电子技术的兴起,近年来通用数字信号处理器得到了突飞猛进的发展,主频不断提高,内存成倍增加,功耗和价格却迅速下降。DSP具有可程控、稳定性好、可重复性好、抗干扰性强等优点,与DSP相关的软件和开发工具也越来越多,从而使DSP器件及技术更容易使用,应用范围越来越广。利用DSP作为控制器进行振动主动控制可以大幅度降低控制系统的规模和造价,并可以很好的满足控制系统的实时性和精度要求,若加入较好的隔离装置,其应用领域和应用环境也更为广泛。本文以首先采用dSPACE系统对振动主动控制自适应滤波算法的参数进行设计,其次采用DSP实现了基于该算法的单自由度振动主动实时控制实验系统,并进行了该系统的振动主动控制实验。论文主要包括以下内容:1)根据搭建振动主动控制实时仿真系统的需要,在MATLAB7.01平台中编写基于C语言的控制算法S函数,采用比较成熟且算法简单的基于LMS调节律的自适应算法,根据振动信号的主动控制要求,分析自适应系数对于控制系统的响应的影响,将自适应系数实时进行调整,把自适应滤波算法应用于本系统的控制中,通过离线仿真确定控制算法的参数。2)设计了基于dSPACE的快速控制原型,建立了通过dSPACE的振动主动实时控制系统。dSPACE作为实际系统的控制器,把在离线仿真模型中确定的基于LMS调节律的自适应滤波算法编译后写入dSPACE内部处理器中运行,利用dSPACE提供的图形化监控环境,建立可视实验操作界面,实时监控实验进程并保存实验数据。在实时仿真实验中得到比较好的控制效果,从而验证所设计的实时控制算法的有效性。3)根据被控结构特点以及控制性能的要求,选择DSP控制系统及接口电路设计并完成硬件实现,研制出基于TMS320C6713A的振动主动控制系统,最后对磁伸缩作动器完成基于DSP的振动主动控制实验。结果表明,采用DSP控制系统在激振频率为60Hz时可以取得最佳22.7分贝的控制效果,验证了上述控制系统的设计合理并有效。为振动主动控制系统的小型化改进打下了良好的基础。文章最后提出了今后工作研究的重点。本文的工作得到了国家自然科学基金重点项目(资助号:60534020);国家自然科学基金资助项目(资助号:10276005,90205012);国家973计划项目课题任务(资助号:2002CB312205-04);北京市重点学科基金(资助号:XK100060526)的资助。