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從被動(dòng)到主動(dòng),精密儀器微振動(dòng)如何有效隔離?

發(fā)布時(shí)間:2022.03.10 閱讀量:3702

減振技術(shù)作為振動(dòng)控制的重要應用之一,其主要目的是抑制振動(dòng)的傳遞,按照減振方式是否有外部能量的輸入分為被動(dòng)減振和主動(dòng)減振。

被動(dòng)減振技術(shù)不需要從外界攝入任何的能量,只需要依靠被動(dòng)減振元件例如彈簧、空氣彈簧、橡膠等就能實(shí)現對振動(dòng)的隔離。

被動(dòng)減振操控方便、耐用性強,是應用最廣泛的減振方式,而對于一些精密儀器設備的低頻減振,例如透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、成像設備、車(chē)載光電瞄準平臺、光刻機、航天器等精密設備則需要用到主動(dòng)減振系統。


主動(dòng)減振是近些年隨著(zhù)控制技術(shù)、致動(dòng)器和傳感器的發(fā)展興起的新的振動(dòng)隔離方式。隨著(zhù)控制理論、集成電路、傳感器、執行機構等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,主動(dòng)減振進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段,并在航空、航天、土木工程、機械工程、船舶、汽車(chē)等多個(gè)領(lǐng)域取得了較好的應用效果。


主動(dòng)減振的工業(yè)應用

相對于被動(dòng)減振,主動(dòng)減振在低頻振動(dòng)的隔離方面具有明顯的優(yōu)勢,因此主動(dòng)減振技術(shù)多用于航空航天、超精密加工、精密檢測、光學(xué)實(shí)驗等對基座穩定性要求較高的場(chǎng)合。


主動(dòng)減振器

主動(dòng)減振技術(shù)原理

主動(dòng)減振系統通常包括有受控系統、控制器、驅動(dòng)器、傳感器等幾個(gè)常見(jiàn)的部分組成。

外界振動(dòng)干擾作用在受控系統中,受控系統產(chǎn)生響應的系統輸出,而傳感器檢測到輸出量,將輸出量傳輸到控制器,控制器根據此輸出響應和相應的控制策略,運算得到所需的控制信號,并且將控制信號傳輸到驅動(dòng)器,驅動(dòng)器根據控制信號產(chǎn)生相應的電流或者電壓信號用以驅動(dòng)主動(dòng)執行器,從而調整系統的包括剛度、阻尼在內的關(guān)鍵參數,并且依次不斷循環(huán),動(dòng)態(tài)地調整系統的參數,實(shí)現主動(dòng)減振。



主動(dòng)減振控制系統原理示意圖

主動(dòng)減振系統需要不停地從外界攝入能量,通過(guò)采用合適的控制算法,系統的減振帶寬可以得到一定的拓寬,因此可以在包括低頻段和高頻段在內的很寬的頻帶內都獲得優(yōu)良的減振性能。

下圖所示的就是主動(dòng)減振系統形式。主動(dòng)減振系統通過(guò)振動(dòng)傳感器采集振動(dòng)狀態(tài)信息,然后反饋給控制器,控制器根據反饋運算得到控制信號,對主動(dòng)執行器進(jìn)行控制,從而實(shí)現對振動(dòng)的隔離。

振動(dòng)信號根據不同的傳感器類(lèi)型以及應用場(chǎng)景,可以測量振動(dòng)的位移、速度、加速度等信號。其中一種反饋方式,就是反饋負載平臺的振動(dòng)信號,如下圖(a)所示。

(a)單一反饋主動(dòng)減振系統模型圖

另一種則是同時(shí)測量負載平臺和基礎的振動(dòng)信號,前者用于反饋控制,后者則用于前饋控制,即如下圖(b)所示。


(b)前饋+反饋主動(dòng)減振系統模型圖

圖片

結論與前景

主動(dòng)減振的思想就是根據系統的振動(dòng)狀態(tài)信息,給負載平臺提供一個(gè)相反方向的加速度或者驅動(dòng)力,以抵消負載平臺的振動(dòng)。

主動(dòng)減振技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應快、減振帶寬高、性能穩定且優(yōu)秀?,F如今,國內外一些主流的減振產(chǎn)品生產(chǎn)商都把研發(fā)制造的重點(diǎn)置于主動(dòng)減振單元或者設備上。
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