伺服系统中抑制机械谐振方法的研究

发布时间：2017-09-26 05:24

  本文关键词：伺服系统中抑制机械谐振方法的研究

  更多相关文章： 二质量系统 加速度反馈 低通滤波器 快速终端滑模 自适应动态面

【摘要】：伺服系统在工业生产中广泛应用。在伺服系统中,因为电机和负载间的传动装置不是理想刚体,系统容易产生机械谐振。机械谐振会降低伺服系统的动态跟踪性能,甚至会使系统变得不稳定。本文针对传动装置不是理想刚体的伺服系统,从控制的角度研究了机械谐振的抑制方法,主要研究内容如下:(1)建立了二质量系统的模型,讨论了利用一般形式的控制器配置系统闭环主导极点来消除机械谐振的方法,根据系统的期望性能配置系统的闭环主导极点,给出了控制器参数的选取规则,并分析了每种主导极点配置方法的适用范围。文中主要研究了闭环传递函数分母阶次为三和四时的情况,指出了利用IP控制器配置系统极点相比利用传统PI控制器配置系统极点的优越性。(2)针对IP控制器不能配置任意负载惯量比的二质量系统的极点的问题,分析了电机侧加速度反馈对二质量系统的影响,指出利用电机侧加速度反馈能够任意改变二质量系统的等效负载惯量比。同时,讨论了负载侧加速度反馈对二质量系统的影响,指出利用负载侧加速度反馈可以任意改变二质量系统的等效谐振频率,通过将系统的等效谐振频率调节到工作带宽之外来消除机械谐振的影响。(3)针对谐振频率较低的二质量系统,研究了基于低通滤波器的机械谐振抑制方法,设计了使电机端输入输出特性近似等效为参考模型输入输出特性的低通滤波器,同时设计了基于参考模型的快速终端滑模控制律,保证了系统的动态跟踪性能。理论分析和仿真结果都证实了此种方法抑制伺服系统机械谐振的有效性。(4)针对部分参数未知且负载侧存在摩擦的二质量系统,研究了基于自适应动态面算法的控制方法,利用摩擦的连续可微模型构造了二质量系统的状态空间表达式,设计了基于自适应动态面算法的控制律,抑制了摩擦环节和机械谐振对系统的影响,保证了负载的动态跟踪性能。最后,仿真验证了此种方法的有效性。最后,总结了文中研究的几种机械谐振抑制方法,并以此为基础展望了未来消除机械谐振的方法。
【关键词】：二质量系统 加速度反馈 低通滤波器 快速终端滑模 自适应动态面
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH113.1;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究近况及发展趋势11-17
• 1.2.1 谐振抑制方法研究11-14
• 1.2.2 状态观测器的研究14-15
• 1.2.3 滑模算法的研究15-16
• 1.2.4 动态面算法研究16-17
• 1.3 主要问题及挑战17
• 1.4 本文主要内容17-19
• 第2章 二质量系统模型和机械谐振抑制19-49
• 2.1 引言19
• 2.2 二质量系统的模型19-23
• 2.3 配置主导极点抑制机械谐振23-42
• 2.4 仿真结果42-48
• 2.5 本章小结48-49
• 第3章 基于电机和负载加速度反馈的机械谐振抑制49-63
• 3.1 引言49-50
• 3.2 利用加速度反馈抑制机械谐振50-55
• 3.2.1 利用电机侧加速度反馈抑制机械谐振50-51
• 3.2.2 利用负载侧加速度反馈抑制机械谐振51-55
• 3.3 基于扩张状态观测器的加速度观测器设计55-58
• 3.3.1 扩张状态观测器55-56
• 3.3.2 电机侧和负载侧加速度观测器设计56-58
• 3.4 仿真结果58-62
• 3.4.1 电机侧和负载侧的加速度观测器仿真59-60
• 3.4.2 电机侧加速度反馈抑制机械谐振仿真60-61
• 3.4.3 负载侧加速度反馈抑制机械谐振仿真61-62
• 3.5 本章小结62-63
• 第4章 基于低通滤波器的机械谐振抑制63-79
• 4.1 引言63
• 4.2 利用低通滤波器抑制机械谐振63-68
• 4.2.1 扰动观测器63-64
• 4.2.2 控制器设计64-68
• 4.3 低通滤波器的设计68-73
• 4.3.1 低通滤波器的形式69-71
• 4.3.2 低通滤波器带宽设计71
• 4.3.3 低通滤波器阶次设计71-73
• 4.4 仿真结果73-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第5章 基于自适应动态面算法的二质量系统控制79-89
• 5.1 引言79-80
• 5.2 利用自适应动态面算法控制二质量系统80-85
• 5.2.1 二质量系统的状态空间表达式81
• 5.2.2 自适应动态面算法控制律设计81-85
• 5.3 仿真结果85-88
• 5.4 本章小结88-89
• 结论89-91
• 参考文献91-97
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单97-98
• 致谢98

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