伺服系统柔性负载振动抑制研究

发布时间：2020-08-02 12:18

【摘要】：随着技术水平不断提升,交流伺服系统在现代工业应用中的应用日益广泛。由于伺服系统普遍存在柔性负载,使系统产生机械振动现象。本文针对伺服系统中的机械振动现象及其抑制方法进行了研究。首先,本文介绍了柔性伺服系统的国内外研究现状,并对国内外柔性伺服系统振动抑制的分析设计方法的思想和步骤进行了阐述,建立二质量柔性系统的数学模型,针对低负载惯量比情况下干扰力矩较小的情况,采用基于开环控制原理的输入整形器进行残留振动抑制,设计输入整形器的柔性连接负载速度、位置控制结构。引入最优输入整形器,以系统的振动方程建立二次型目标函数,基于优化理论分析出使目标函数最小的输入整形器。针对数字控制系统的特点采用了时间最优输入整形器,并提出了其参数选择方法,解决了低惯量比振动抑制问题。仿真结果表明,采用输入整形技术既可以抑制残留振动,同时可以保证运动时间最优,说明了输入整形器抑制系统的残留振荡的内在本质。然后,针对受到干扰的柔性伺服系统的电机与负载之间的柔性连接环节产生的机械振动,采用了具有选择性指令滤波的自适应反推法,以抑制系统振动,提高跟踪精度。Lyapunov函数证明了系统的稳定性,在保证系统稳定性的同时实现了精确的位置跟踪控制。对系统的位置跟踪控制进行仿真,仿真结果证明了该方法的可行性,与传统自适应反推控制相比,该方法具有更加优越的性能。最后,对本文的工作内容进行概括和总结,指出了本文存在的不足,提出下一阶段的研究工作。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM921.541
【图文】：

图 3.2 输入整形器的组成Fig. 3.2 Composition of Input Shaper图 3.3 整形过程Fig. 3.3 Shaping process最优命令的方法考虑了系统的零初始条件。如果这些方法，那么振动就不会被消除。初始条件可能是由于外部干扰或下一个参考命令在系统稳定之前出现。也可能是在运动中发生的期望的位置变化。这种情况实际

图 3.3 整形过程Fig. 3.3 Shaping process应用时间最优命令的方法考虑了系统的零初始条件。如果这些方法应用于刚开始运动的系统，那么振动就不会被消除。初始条件可能是由于外部干扰或先前命令的执行错误，导致下一个参考命令在系统稳定之前出现。初始条件也可能是在运动中发生的期望的位置变化。这种情况实际上是时间最优控制的最大限制之一。在时间最优控制的发展中，假设系统完成计算时间最优命令的移动。这个理想情况如图 3.4 所示。在图 3.4 的顶部，给出了具有速度限制的柔性系统的二维时间最优路径。图 3.4 的底部显示了相应的时间最优命令，这些命令将生成时间最优轨迹。在移动开始之前，必须计算整个命令，如果系统要达到零残留振动的期望位置，则必须执行整个命令序列。

图 3.4 时间最优控制的理想情况Fig. 3.4 Ideal case of time-optimal control在实际操作条件下，可能需要在运动期间更新期望的结束位置。这种情况如图示。系统启动运动，并由时间最优命令驱动，如图 3.4 所示。然而，在运动过程需的末端位置更改为工作区的左上方。这使系统处于非零状态，并且需要一个命命令既可以将系统驱动到新的结束位置，也可以固定系统状态的初始条件。

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本文编号：2778501