电动舵机伺服系统的间隙与摩擦补偿控制

发布时间：2017-12-01 23:19

  本文关键词：电动舵机伺服系统的间隙与摩擦补偿控制

  更多相关文章： 舵机伺服系统 逆间隙模型 LuGre模型 摩擦

【摘要】：电动舵机伺服系统是一种高精度位置伺服系统,主要应用于飞行器、飞机、船舶、机器人等领域。电动舵机是舵机运动的执行机构,其任务是精确控制舵面的偏转,使被控对象达到预期的姿态或位置。舵机伺服系统的性能直接决定着整个控制系统的动态品质。在电动舵机伺服系统中,间隙干扰和摩擦力矩干扰的存在对系统性能有着严重的影响。间隙干扰会给系统造成稳态误差、振荡等不良现象,甚至影响系统稳定性。摩擦力矩会使系统产生低速爬行现象、极限环振荡等,进而影响系统精度,降低系统动态性能。本文以某型电动舵机为实验对象,对包括间隙干扰和摩擦力矩干扰的伺服系统建模和补偿问题,从理论上进行了分析和研究,并在实验平台上对提出的补偿方法进行了实验验证。针对间隙干扰,本文分析了间隙的机理,采用逆间隙模型,有效地补偿了间隙非线性对系统性能的影响。LuGre模型是一种描述两物体间摩擦力矩的常用动态模型,也是目前最能完整的描述摩擦力矩各非线性现象的数学模型。针对舵机伺服系统中的摩擦力矩,本文研究了基于LuGre摩擦模型的补偿方法,通过仿真和实验平台测试,验证了算法的有效性。为了验证论文所提出的补偿控制方法,本文搭建了一套完整的舵机伺服系统实验平台。该实验平台采用直流电动机作为执行机构,应用TMS320F28335 DSP搭建了伺服系统控制器硬件,运用Matlab/Simulink设计了控制器软件,利用Solidworks设计了伺服系统机械机构。基于该伺服系统,完成了对间隙环节和摩擦力矩的特性分析及其补偿方法研究。仿真分析和实验平台测试结果实验表明：逆间隙模型能有效地补偿间隙环节非线性特性干扰,消除间隙干扰给系统带来的不利影响；应用基于LuGre模型的摩擦力矩前馈补偿方法,控制系统能较好地补偿摩擦力矩,消除摩擦力矩引起的不良现象。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM921.541

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本文编号：1242820