[发明专利]主动减振系统及其预见控制方法

权利要求书

1.一种主动减振系统，包括基座、主基板、减振单元及其控制系统，其特征在于至少3个减振单元，以相同的夹角围绕一个中心平均分布在一个圆周平面上，所述减振单元底端安装在基座上，顶端连接主基板；所述减振单元包括空气弹簧密封压力容腔，容腔内设有压电陶瓷作动器、中间体及预压力调节装置，所述中间体的一端与主基板固定连接，另一端设置压电陶瓷作动器以及预压力调节装置，三个压电陶瓷作动器呈(X，Y，Z)三维设置于中间体，两个预压力调节装置在水平X及Y方向上与所述压电陶瓷作动器对应设置，预压力调节装置由控制系统控制，所述控制系统包括压力控制单元、电气控制单元，其中，压力控制单元通过其内置的压力控制环路和位置控制环路来控制所述减振单元中的中间体的垂直向位置，电气控制单元通过其内置的反馈控制模块和预见控制模块分别得到的反馈控制信息和预见控制信息来控制实现主动减振系统的主动减振。

2.如权利要求1所述的主动减振系统，其特征在于所述减振单元的空气弹簧密封压力容腔通过阻尼管连接高速气动伺服阀，容腔内还设有压力传感器以及位置传感器，所述压力传感器和位置传感器均与控制系统连接，高速气动伺服阀由控制系统控制。

3.如权利要求2所述的主动减振系统，其特征在于所述主基板连接减振单元，作为减振面并承载工件台，在对应减振单元的位置上还设有三轴地震式加速传感器，所述三轴地震式加速传感器连接控制系统。

4.如权利要求2所述的主动减振系统，其特征在于压力控制环路中通过压力传感器实时检测所述减振单元内的气体压力，并与压力参考信号比较，通过控制器产生控制信号，驱动高速气动伺服阀，使得减振单元内部的气体压力保持在设定值附近。

5.如权利要求2所述的主动减振系统，其特征在于位置控制环路中通过位置传感器实时监测中间体的垂直向位置信息，并与参考信号比较，通过控制器产生控制信号，驱动高速气动伺服阀，使得中间体的垂直向位置保持在设定值附近。

6.如权利要求3所述的主动减振系统，其特征在于，所述反馈控制模块包括位置反馈环路和加速度反馈环路，所述位置反馈环路通过位置传感器实时监测所述减振单元中的中间体水平向位置信号，并与参考信号比较，通过控制器产生信号，驱动所述减振单元中水平X及Y向的压电陶瓷作动器动作，使得中间体水平向位置保持在设定值附近，所述加速度反馈环路通过三轴地震式加速度传感器实时监测主基板的振动信号，并与参考信号比较后通过低通滤波器进入控制器产生反馈控制信号。

7.如权利要求1所述的主动减振系统，其特征在于，所述预见控制模块根据主基板上各运动部件的路径规划得到各部件在未来一段时间内的位置信息，预见控制模块内的预见控制器综合各运动部件当前位置和未来一段时间内的位置信息，通过预见控制方法得到预见补偿控制信号，将预见补偿控制信号与位置反馈环路、加速度反馈环路产生的反馈控制信号叠加，驱动所述减振单元内的压电陶瓷作动器。

8.如权利要求7所述的主动减振系统，其特征在于，所述预见控制方法具体包含步骤如下：

(1)运动控制系统对工件台内各运动部件进行路径规划；

(2)根据规划路径计算各运动部件在整个运动过程中的位置信号；

(3)将上述位置信号传送给振动控制系统；

(4)振动控制系统根据位置信号确定运动部件的预见步长Md；

(5)计算Md步长内，运动部件产生的倾覆力矩；

(6)使用预见控制算法根据倾覆力矩计算得到力矩补偿信号；

(7)将力矩补偿信号与振动反馈信号叠加，驱动减振系统的作动器动作。