伺服系统滑模控制与干扰抑制

发布时间：2017-04-06 06:14

  本文关键词：伺服系统滑模控制与干扰抑制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着伺服系统在国防、工业等领域的广泛应用,其鲁棒性和控制精度要求不断提高,对控制算法的研究也日益重要。本文开展了伺服系统滑模控制和干扰抑制问题的研究,以伺服系统两种常用执行机构:永磁同步电机和直流电机为被控对象。结合迭代学习和解耦方法,针对伺服系统中存在的干扰和鲁棒性问题,开展了滑模变结构控制算法的研究,并在控制力矩陀螺外框架和三轴转台伺服系统实际工程中应用。为了提高永磁同步电机伺服系统的控制性能,增强其鲁棒性,研究了PI型自适应增益时变滑模控制算法。采用积分型的滑模面保证系统对整个运行过程中误差的抑制。改进传统时变滑模的时变项,增强了系统的全局鲁棒性。采用自适应切换增益,减轻了系统抖振。在MATLAB中搭建仿真平台,进行仿真验证。在直流电机伺服系统中进行迭代滑模复合控制算法研究。设计了迭代学习和PID并联位置控制器,设计了滑模速度控制器,使系统控制器兼具有迭代学习高精度跟踪和滑模控制强鲁棒性的特点。在MATLAB中进行了仿真研究。搭建了控制力矩陀螺外框架伺服系统实验平台,在PI型自适应增益时变滑模控制器基础上设计了基于数学模型补偿的控制器。在实验平台上完成PI型自适应增益时变滑模控制和数学模型补偿算法的实验验证。研究三轴转台伺服系统框架间耦合干扰的解耦策略。证明系统可解耦,设计基于逆系统的解耦控制算法,将系统解耦为三个单自由度伪线性子系统。对所用解耦算法进行仿真研究。在三轴转台实验平台实现了迭代滑模复合控制算法,实验结果验证了其有效性。
【关键词】：滑模控制 解耦 干扰抑制 伺服系统 鲁棒性
【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】：TM921.541
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 伺服系统滑模控制与干扰抑制现状11-15
• 1.2.1 滑模变结构控制方法研究现状11-13
• 1.2.2 伺服系统干扰抑制方法研究现状13-14
• 1.2.3 控制力矩陀螺和三轴转台研究现状14-15
• 1.3 研究内容及章节安排15-18
• 第2章 伺服系统数学模型18-26
• 2.1 永磁同步电机数学模型18-21
• 2.2 直流电机数学模型21-22
• 2.3 伺服系统干扰模型22-24
• 2.3.1 伺服系统的转矩干扰分析22-23
• 2.3.2 伺服系统摩擦模型23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 永磁同步电机时变滑模控制26-38
• 3.1 时变滑模变结构理论26-28
• 3.2 PI型自适应增益时变滑模控制器设计28-32
• 3.2.1 PI型时变滑模设计28-30
• 3.2.2 误差参考的时变滑模项30-31
• 3.2.3 自适应切换增益31-32
• 3.2.4 负载转矩估计32
• 3.3 PI型自适应增益时变滑模控制器仿真验证32-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第4章 直流伺服系统迭代滑模复合控制38-54
• 4.1 迭代学习控制理论介绍38-40
• 4.2 迭代滑模复合控制器设计40-44
• 4.2.1 复合控制器设计41
• 4.2.2 迭代学习位置控制器设计41-43
• 4.2.3 滑模速度控制器设计43-44
• 4.3 迭代滑模复合控制器仿真验证44-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 控制力矩陀螺外框架时变滑模控制54-64
• 5.1 控制力矩陀螺动力学模型54-55
• 5.2 基于干扰模型的转矩补偿55-57
• 5.2.1 转矩补偿控制器设计55-56
• 5.2.2 转矩补偿仿真分析56-57
• 5.3 实验分析57-63
• 5.3.1 实验平台实现57-61
• 5.3.2 实验结果及分析61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第6章 三轴转台解耦迭代滑模控制64-84
• 6.1 三轴转台伺服系统数学模型64-69
• 6.2 解耦策略及解耦设计69-77
• 6.2.1 基于逆系统的解耦策略69-72
• 6.2.2 三轴转台伺服系统解耦设计72-75
• 6.2.3 三轴转台伺服系统解耦仿真分析75-77
• 6.3 实验分析77-83
• 6.3.1 实验平台介绍77-79
• 6.3.2 实验结果及分析79-83
• 6.4 本章小结83-84
• 总结与展望84-86
• 参考文献86-92
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单92-94
• 致谢94

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