基于改进型自抗扰控制器的伺服系统摩擦补偿研究
发布时间：2021-05-09 18:34
伺服制普遍作用于民用和工业的各类控制系统中,实现了生产加工的高效率自动化。机械运动中存在的摩擦力不可避免地影响了伺服系统性能。自于摩擦力的非线性和时变性等特点,传统的PID控制方法难以有效补偿摩擦的干扰。伴随着行业领域对于控制系统的控制精度和速度要求的日益增高,应用现代控制理论设计摩擦补偿控制器,提高伺服系统的动态性能,具有重要的理论和现实意义。自抗扰控制技术能够对被控对象的各种总扰动进行准确观测和快速补偿,在伺服控制领域得到了广泛的关注。但经典的自抗扰控制器设计时需要整定参数较多,且参数整定尚无完善的方法和理论,这一问题影响了其工程和实践应用。本文提出了一种基于变增益微分器的改进型自抗扰控制器,能够减小控制器设计时参数整定的复杂度。主要研究内容如下:（1）介绍了直流电机伺服系统,分析了不同的摩擦力及其特性,给出了常用的摩擦模型,选取摩擦模型对伺服系统添加扰动,通过仿真分析了摩擦力对伺服系统的影响及原因,并给出了通过反馈摩擦干扰能够提高伺服系统性能的具体措施。（2）针对经典的自抗扰控制器存在参数整定复杂的问题,提出了一种变增益微分器来替代经典自抗扰控制技术中用于观测系统状态的扩张状态观...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题的背景和意义
1.2 课题的国内外研究现状
1.3 本文的内容与结构
1.3.1 主要内容
1.3.2 主要结构
2 伺服系统及其摩擦干扰
2.1 电动机的原理及数学模型
2.2 伺服系统中的摩擦干扰
2.2.1 摩擦力特性
2.2.2 摩擦模型
2.3 伺服系统的摩擦干扰影响
2.4 伺服系统的摩擦干扰仿真
2.5 本章小结
3 伺服系统控制技术
3.1 PID控制技术
3.2 自抗扰控制技术
3.2.1 跟踪微分器(TD)
3.2.2 扩张状态观测器(ESO)
3.2.3 非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)
3.3 自抗扰控制器中存在的问题
3.4 本章小结
4 改进型自抗扰控制器
4.1 线性自抗扰控制器
4.2 基于变增益微分器的改进型自抗扰控制器
4.2.1 系统结构
4.2.2 变增益微分器
4.3 变增益微分器的参数整定
4.4 本章小结
5 基于改进型自抗扰控制器的伺服系统仿真
5.1 伺服仿真系统
5.2 测试方案与参数
5.3 仿真结果与分析
5.3.1 位置信号跟踪
5.3.2 噪声干扰抑制
5.4 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]带干扰补偿的转台模糊滑模控制[J]. 刘慧博,刘尚磊. 电机与控制学报. 2018(08)
[2]位置伺服系统的分数阶二自由度内模控制[J]. 陈高华,闫献国,赵志诚. 控制工程. 2018(02)
[3]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清. 控制理论与应用. 2017(03)
[4]线性/非线性自抗扰切换控制方法研究[J]. 李杰,齐晓慧,夏元清,高志强. 自动化学报. 2016(02)
[5]三阶扩张状态观测器的优化参数配置方法[J]. 陈松林,赵海香. 控制与决策. 2014(10)
[6]一种自抗扰控制器参数的学习算法[J]. 武雷,保宏,杜敬利,王从思. 自动化学报. 2014(03)
[7]快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践[J]. 吴丹,赵彤,陈恳. 控制理论与应用. 2013(12)
[8]永磁同步电动机新型自适应滑模控制[J]. 钱荣荣,骆敏舟,赵江海,叶晓东. 控制理论与应用. 2013(11)
[9]大型光电经纬仪速度环PID参数模糊自整定研究[J]. 孙航,韩红霞,曹立华,耿爱辉. 仪器仪表学报. 2013(10)
[10]考虑LuGre摩擦的伺服系统自适应模糊控制[J]. 杜仁慧,吴益飞,陈威,陈庆伟. 控制与决策. 2013(08)
硕士论文
[1]电机驱动伺服系统非线性扰动因素建模及补偿策略研究[D]. 马正雷.安徽大学 2018
[2]基于自抗扰控制的永磁直流电机调速系统及其无速度传感器方案研究[D]. 郑森格.山东大学 2017
[3]基于改进型自抗扰控制器的无刷直流电机控制研究[D]. 王斌.兰州交通大学 2015
[4]永磁无刷直流电机速度环自抗扰控制[D]. 李晓坤.山东大学 2014
[5]直流力矩电动机位置伺服系统研究[D]. 李婧.华北电力大学 2014
[6]自抗扰控制及其在一类热工控制系统中的应用研究[D]. 向真.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3177810
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题的背景和意义
1.2 课题的国内外研究现状
1.3 本文的内容与结构
1.3.1 主要内容
1.3.2 主要结构
2 伺服系统及其摩擦干扰
2.1 电动机的原理及数学模型
2.2 伺服系统中的摩擦干扰
2.2.1 摩擦力特性
2.2.2 摩擦模型
2.3 伺服系统的摩擦干扰影响
2.4 伺服系统的摩擦干扰仿真
2.5 本章小结
3 伺服系统控制技术
3.1 PID控制技术
3.2 自抗扰控制技术
3.2.1 跟踪微分器(TD)
3.2.2 扩张状态观测器(ESO)
3.2.3 非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)
3.3 自抗扰控制器中存在的问题
3.4 本章小结
4 改进型自抗扰控制器
4.1 线性自抗扰控制器
4.2 基于变增益微分器的改进型自抗扰控制器
4.2.1 系统结构
4.2.2 变增益微分器
4.3 变增益微分器的参数整定
4.4 本章小结
5 基于改进型自抗扰控制器的伺服系统仿真
5.1 伺服仿真系统
5.2 测试方案与参数
5.3 仿真结果与分析
5.3.1 位置信号跟踪
5.3.2 噪声干扰抑制
5.4 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]带干扰补偿的转台模糊滑模控制[J]. 刘慧博,刘尚磊. 电机与控制学报. 2018(08)
[2]位置伺服系统的分数阶二自由度内模控制[J]. 陈高华,闫献国,赵志诚. 控制工程. 2018(02)
[3]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清. 控制理论与应用. 2017(03)
[4]线性/非线性自抗扰切换控制方法研究[J]. 李杰,齐晓慧,夏元清,高志强. 自动化学报. 2016(02)
[5]三阶扩张状态观测器的优化参数配置方法[J]. 陈松林,赵海香. 控制与决策. 2014(10)
[6]一种自抗扰控制器参数的学习算法[J]. 武雷,保宏,杜敬利,王从思. 自动化学报. 2014(03)
[7]快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践[J]. 吴丹,赵彤,陈恳. 控制理论与应用. 2013(12)
[8]永磁同步电动机新型自适应滑模控制[J]. 钱荣荣,骆敏舟,赵江海,叶晓东. 控制理论与应用. 2013(11)
[9]大型光电经纬仪速度环PID参数模糊自整定研究[J]. 孙航,韩红霞,曹立华,耿爱辉. 仪器仪表学报. 2013(10)
[10]考虑LuGre摩擦的伺服系统自适应模糊控制[J]. 杜仁慧,吴益飞,陈威,陈庆伟. 控制与决策. 2013(08)
硕士论文
[1]电机驱动伺服系统非线性扰动因素建模及补偿策略研究[D]. 马正雷.安徽大学 2018
[2]基于自抗扰控制的永磁直流电机调速系统及其无速度传感器方案研究[D]. 郑森格.山东大学 2017
[3]基于改进型自抗扰控制器的无刷直流电机控制研究[D]. 王斌.兰州交通大学 2015
[4]永磁无刷直流电机速度环自抗扰控制[D]. 李晓坤.山东大学 2014
[5]直流力矩电动机位置伺服系统研究[D]. 李婧.华北电力大学 2014
[6]自抗扰控制及其在一类热工控制系统中的应用研究[D]. 向真.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3177810
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