摘 要
精密机械系统在现代工业和科学研究中扮演着至关重要的角色，其性能直接受到微振动的影响。微振动源于外部环境干扰、内部结构共振以及驱动部件的动态特性，可能导致定位精度下降、表面质量恶化以及加工效率降低。为解决这一问题，本研究聚焦于精密机械系统的微振动抑制技术，旨在通过理论分析、数值仿真与实验验证相结合的方法，开发高效且实用的振动控制策略。研究首先建立了包含多自由度动力学模型的系统框架，结合有限元分析方法对关键部件的固有频率和模态进行精确计算，从而识别主要振动源及其传播路径。在此基础上，提出了一种基于主动控制与被动减振相结合的混合抑制方案，其中主动控制部分采用自适应滤波算法以实时调整补偿信号，而被动减振则引入新型阻尼材料及优化结构设计以增强系统稳定性。实验结果表明，所提出的混合抑制技术能够显著降低系统在工作频段内的振动幅值，最大降幅可达80%以上，同时有效改善了系统的动态响应特性和定位精度。此外，研究还探索了不同工况下控制参数的优化配置，进一步提升了系统的鲁棒性与适应性。本研究的主要创新点在于将主动与被动技术有机融合，突破了单一方法在高频段或复杂环境下的局限性，为精密机械系统的振动控制提供了新的思路和解决方案，具有重要的理论意义与工程应用价值。关键词：微振动抑制；精密机械系统；主动控制；被动减振；混合抑制方案
Abstract
Precision mechanical systems play a critical role in modern industry and scientific research, with their performance directly affected by micro-vibrations. These micro-vibrations originate from external environmental disturbances, internal structural resonances, and the dynamic characteristics of drive components, potentially leading to reduced positioning accuracy, degraded surface quality, and decreased processing efficiency. To address this issue, this study focuses on micro-vibration suppression techniques for precision mechanical systems, aiming to develop efficient and practical vibration control strategies through a combination of theoretical analysis, numerical simulation, and experimental validation. Initially, a system fr amework incorporating multi-degree-of-freedom dynamic models was established, and finite element analysis was employed to accurately calculate the natural frequencies and modes of key components, thereby identifying the primary vibration sources and their propagation paths. Based on this, a hybrid suppression scheme combining active control and passive damping was proposed. The active control component utilizes an adaptive filtering algorithm to adjust compensation signals in real-time, while the passive damping introduces novel damping materials and optimized structural designs to enhance system stability. Experimental results demonstrate that the proposed hybrid suppression technique significantly reduces vibration amplitudes within the operational frequency band, achieving a maximum reduction of over 80%, while effectively improving the system's dynamic response characteristics and positioning accuracy. Furthermore, the study investigates the optimal configuration of control parameters under various operating conditions, further enhancing the system's robustness and adaptability. The main innovation of this research lies in the organic integration of active and passive technologies, overcoming the limitations of single methods in high-frequency ranges or complex environments, thus providing new insights and solutions for vibration control in precision mechanical systems, with significant theoretical implications and engineering application value..
Key Words：Micro-Vibration Suppression；Precision Mechanical System；Active Control；Passive Vibration Reduction；Hybrid Mitigation Scheme
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 精密机械系统微振动抑制技术的研究背景与意义 1
1.2 精密机械系统微振动抑制技术的研究现状分析 1
1.3 本文研究精密机械系统微振动抑制技术的方法概述 2
第2章 微振动抑制技术的理论基础与关键问题 4
2.1 微振动抑制技术的基本原理与数学模型 4
2.2 精密机械系统中微振动的来源与特性分析 4
2.3 微振动对精密机械系统性能的影响机制 5
2.4 当前微振动抑制技术存在的主要挑战 6
第3章 微振动抑制技术的设计与优化方法 7
3.1 结构设计优化以减少微振动影响 7
3.1.1 振动源隔离策略研究 7
3.1.2 动态刚度优化设计方法 7
3.1.3 材料选择与阻尼性能提升 8
3.1.4 轻量化设计对微振动的影响分析 8
3.1.5 多目标优化算法的应用 8
3.2 控制算法在微振动抑制中的应用 9
3.2.1 主动控制技术的基本原理 9
3.2.2 自适应控制算法的设计与实现 9
3.2.3 基于反馈的振动抑制策略研究 10
3.2.4 预测控制在微振动抑制中的应用 10
3.2.5 控制算法性能评估与改进 10
3.3 实验验证与数据驱动方法 11
3.3.1 实验平台搭建与测试方案设计 11
3.3.2 数据采集与处理技术研究 11
3.3.3 基于机器学习的微振动预测模型 11
3.3.4 数据驱动优化方法的应用研究 12
3.3.5 实验结果分析与结论 12
第4章 微振动抑制技术的实际应用与案例分析 13
4.1 典型精密机械系统的微振动抑制需求分析 13
4.1.1 半导体制造设备中的微振动问题 13
4.1.2 精密光学仪器中的振动抑制技术 13
4.1.3 医疗设备中的微振动控制需求 14
4.1.4 航空航天领域中的振动抑制挑战 14
4.1.5 工业机器人中的微振动抑制技术 14
4.2 微振动抑制技术在实际场景中的应用研究 15
4.2.1 主动隔振技术在半导体光刻机中的应用 15
4.2.2 被动隔振技术在精密加工机床中的实践 15
4.2.3 混合控制策略在大型望远镜中的应用案例 16
4.2.4 微振动抑制技术在医疗影像设备中的效果分析 16
4.2.5 航天器微振动抑制技术的特殊要求与解决方案 16
4.3 技术经济性与可靠性评估 17
4.3.1 成本效益分析方法研究 17
4.3.2 可靠性评估指标体系构建 17
4.3.3 长期运行稳定性测试与数据分析 18
4.3.4 不同技术方案的对比与选择策略 18
4.3.5 技术推广前景与潜在风险分析 18
结 论 19
参考文献 20
致 谢 21
