振动主动控制技术的研究始于50年代末，80年代后进入蓬勃发展阶段，现已成功地应用于精密仪表工程、航空航天工程、交通运输、土木工程和机械工程等领域。 振动主动控制的研究与应用在精密仪表工程领域均处于领先地位。美国研制的伺服隔振平台具有典型意义，这种用于核潜艇和洲际导弹等运载工具的惯性导航仪测试标定的隔振台将干扰加速度抑制到10-9g的水平。在航空航天领域主要用于直升机的“地面共振”与“空中共振”的主动抑制、高阶谐波控制、机身振动的抑制和航天器大柔性结构(如空间站、大型天线、太阳能电池板、光学系统等)的振动控制。在交通运输领域振动主动控制技术的发展是与地面车辆、高速火车和桥梁的发展同步的，以改善乘坐品质为目标的。在土木工程领域，高层建筑和大跨度桥梁由于风或地震等随机性外载引起的响应是振动主动控制的主攻方向。在机械工程领域，抑制挠性转轴通过临界转速的振动主动控制研究，是目前转子动力学的研究热点之一。随着机器人及各种操作手向高速、精密、重载、轻量化方向发展，柔性机械臂的振动控制问题显得更为突出、更需解决。此外，利用主动控制技术减轻高速传送带的横向振动、隔离锻锤的冲击振动和预报控制金属切削颤振，以及抑制往复式内燃机振动等都取得了良好的效果。超精密加工技术是60年代初在美国首先开发的，当时因开发激光核聚变实验装置和红外线实验装置需要大型金属反射镜，因而急需开发制作反射镜的超精密加工技术，这是一项以国家和军方为主导研究的，以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的加工技术为起点的军需技术。20年后日本根据电子和光学等民用工业的需要亦开始研究超精密加工技术，我国的超精密加工技术的研究虽然起步晚一些，然而经过科研人员十几年的艰苦努力，已取得了令人瞩目的成果。哈尔滨工业大学精密工程研究中心研究开发的“HCM-1超精密加工车床”具有典型的代表意义，该车床由于空气弹簧隔振等七项攻关技术的实现，使其加工精度达到亚微米级。
图4 空气弹簧隔振系统
振动同温度和污染构成超精密加工的三大重要环境，为了实现亚微米级加工“HCM-1超精密加工车床”采用空气弹簧隔离了车床与地面的接触，如图4所示。理论研究和实验表明，该隔振系统的性能指标达到了国际水平，垂直方向系统固有频率f=2Hz,水平y方向系统固有频率f=1.12Hz,水平x方向系统固有频率f=1.0Hz,床身基座自动调整水平误差小于4"。为了进一步提高超精密加工车床的加工精度，在利用空气弹簧进行振动控制的基础上，采用如图5所示的主动控制，
图5 振动主动控制框图
即在床身的四个角上分别安装有传感器和作动器，该系统的频域方程为
此时系统框图如图3所示，且有Y=YTU+B (5)
式中，Y—测得的床身响应振幅矢量； U—控制力振幅矢量； T—控制力与床身间的频率响应函数矩阵；B—扰力引起的床身响应振幅矢量。 性能指标为 J=YTQY+UTRU |
式中，Q、R—加权矩阵。 最优问题的解为 U=-(TYQT+R)-1TYQB |
四通道控制情况下控制点的脉冲响应如图6所示。
无控制 有控制
图6 脉冲响应
5 结论
空气弹簧隔振技术发展的较早，亦比较完善，其主要特点是承载能力大，具有较低的刚度特性，能获得较好的隔振效果，但缺少控制上的灵活性，对突发性环境变化应变能力差，且只能对2Hz以上频率的振动进行有效的隔离。与空气弹簧隔振相比，振动主动控制具有较大的灵活性，对环境适应能力强，且能对2Hz以下频率的振动进行有效的控制，但振动主动控制需要消耗的能源大，受到各种因素的影响，由于复杂结构建模方面的困难，振动主动控制必须考虑模型误差、模态截断等带来的不利因素。将空气弹簧隔振技术和振动主动控制技术有机结合，可以充分发挥各自优势，由图6可见，施加振动主动控制技术前后床身的脉冲响应质量明显改善。从被加工件的质量检测方面也证明振动主动控制是提高机床加工精度的有效途径。
