[发明专利]基于全状态反馈的低频标准振动台

说明书

本发明公开了一种基于全状态反馈的低频标准振动台，包括低频标准振动台、光栅位移传感器、电流传感器、功率放大器和控制器；控制器输出通道发送电压驱动信号，经功率放大器放大后加在低频标准振动台的驱动线圈两端，通电的驱动线圈在磁场作用下受安培力驱动振动台运动部件产生振动，光栅位移传感器安装于低频标准振动台运动部件底部。本发明具有状态变量的收敛过程可调，对低频谐波失真抑制效果更好的特点。

技术领域

本发明涉及低频标准振动台控制技术领域，尤其是涉及一种可抑制低频段的非线性波形失真的基于全状态反馈的低频标准振动台。

背景技术

低频标准振动台用于对低频加速度传感器的校准，低频标准振动台的控制目标是产生高精度的正弦振动激励。然而，由于弹簧非线性刚度和磁场不均匀等因素的影响，低频标准振动台在低频段的波形失真度往往较大，对加速度传感器的校准精度产生严重影响。现有的低频台控制技术主要有位移反馈、速度反馈、PID控制等，上述反馈控制技术能够有效抑制低频段的波形失真，但是抑制效果有限且参数调整难以达到最优。

在低频段一般选用信噪比较高的位移信号作为控制量，位移波形的失真度和加速度波形失真度虽然有很强的相关性，但由于加速度是位移的二阶微分，加速度波形失真度要比位移大很多。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的加速度波形失真度要比位移大很多的不足，提供了一种可抑制低频段的非线性波形失真的基于全状态反馈的低频标准振动台。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于全状态反馈的低频标准振动台，包括低频标准振动台、光栅位移传感器、电流传感器、功率放大器和控制器；控制器输出通道发送电压驱动信号u，经功率放大器放大后加在低频标准振动台的驱动线圈两端，通电的驱动线圈在磁场作用下受安培力驱动振动台运动部件产生振动，光栅位移传感器安装于低频标准振动台运动部件底部，电流传感器测量流入振动台驱动线圈的电流，位移信号s和电流信号i连接至控制器的输入通道采集。

本发明通过极点配置能够方便地设计状态反馈系数，并采用非线性微分跟踪器提取速度信号的估计，具有谐波抑制能力强、参数设定方便等优点。

作为优选，包括如下步骤：

(2-1)建立低频标准振动台的状态空间模型；

(2-2)设定选定极点向量P和反馈矩阵K；

(2-3)采用非线性微分跟踪器对位移信号滤波，获取速度信号y；

(2-4)计算电压驱动信号u，将电压驱动信号u输出至功率放大器放大后，加到驱动线圈两端，驱动振动台运动。

作为优选，(2-1)包括如下步骤：

建立低频标准振动台的状态空间模型

其中，是随时间变化的状态向量，s，分别是低频标准振动台的运动部件的位移和速度。m为运动部件质量，振动台部件通过弹性支撑装置和基座连接，k和c分别为弹性支撑装置的刚度和阻尼；l、L和R分别为驱动线圈的长度、电感和电阻，B为驱动线圈处的磁感应强度。

作为优选，(2-2)包括如下步骤：

选定极点向量P＝[p₁ p₂ p₃]∈C^1×3，P是1*3的复数向量，使该向量的三个极点都位于复平面上的左半平面，设定反馈矩阵K＝[k₁ k₂ k₃]∈R^1×3，即K是1*3的实数向量，使得矩阵A-BK的三个特征值组成的向量λ＝[λ₁ λ₂ λ₃]等于极点向量P。