直接驱动数控转台伺服系统抗负载扰动研究

发布时间：2017-07-30 22:23

  本文关键词：直接驱动数控转台伺服系统抗负载扰动研究

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【摘要】：直接驱动数控转台与传统机械传动数控转台相比,由于消除了中间传动机构对系统精度和控制性能的影响,具有结构简单、加速度大、响应速度快及定位精度高等优点,是未来数控转台发展的必然趋势。直接驱动数控转台因为“零传动”具备种种优点,但同时自身及外界的任何扰动都将毫无缓冲地直接作用在力矩电机上,故系统对负载扰动、惯量变化和电机转矩波动等更为敏感。为充分发挥出直驱技术在数控转台应用中的优势,本文尝试寻找合适的控制策略以提高直接驱动数控转台的抗负载扰动能力,主要工作如下:(1)分析了两类同步力矩电机的控制原理、建立了它们的数学模型,研究了现代交流调速系统中的正弦脉冲宽度调制技术和空间矢量脉冲宽度调制技术,并在Simulink中建立了直接驱动数控转台伺服系统的仿真模型,为后续研究奠定了基础。(2)利用基于新型指数趋近律的积分滑模控制提高直接驱动数控转台伺服系统的抗负载扰动能力。针对RM166/100型环形永磁力矩电机的仿真表明,所设计的积分滑模速度调节器能将转台突加负载后的转速降和转速恢复时间由PI速度调节器的18r/min和0.25s分别减小到12 r/min和0.035s;新型指数趋近律能够大幅削弱滑模控制固有的“抖振”现象。(3)利用基于改进降阶负载转矩观测器的前馈补偿方法提高直接驱动数控转台伺服系统的抗负载扰动能力。改进降阶负载转矩观测器采用电机转角代替电机转速作为反馈校正输入,从而避免了由转角微分求转速可能引入的高频噪音。针对RM166/100型环形永磁力矩电机的仿真表明,基于改进降阶负载转矩观测器的前馈补偿方法能够取得和滑模控制相近的抗扰动效果,且能改善转台的启动性能。(4)设计了一个抗负载扰动实验平台,利用DSP实现电机控制算法、利用磁粉制动器模拟负载转矩。初步实验表明实验平台能够可靠运行,为进一步通过实验比较控制策略的抗扰性打下了基础。
【关键词】：数控转台 直接驱动 抗负载扰动 滑模控制 负载转矩观测器
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.6;TM921.541
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 研究背景和意义13-15
• 1.2 国内外发展和研究现状15-25
• 1.2.1 直驱技术的发展现状15-19
• 1.2.2 直驱转台的发展和研究现状19-23
• 1.2.3 抗负载扰动研究现状23-25
• 1.3 研究目的和内容25
• 1.4 论文结构25-27
• 第二章 直驱转台伺服系统的建模27-53
• 2.1 三相同步力矩电机的控制原理和数学模型27-37
• 2.1.1 方波力矩电机的换相控制原理和数学模型27-34
• 2.1.2 正弦波力矩电机的矢量控制原理和数学模型34-37
• 2.2 脉冲宽度调制技术37-44
• 2.2.1 现代交流调速系统37-38
• 2.2.2 SPWM技术38-39
• 2.2.3 SVPWM技术39-44
• 2.3 直驱转台伺服系统的建模44-52
• 2.3.1 方波力矩电机直驱转台伺服系统的建模44-46
• 2.3.2 正弦波力矩电机直驱转台伺服系统的建模46-52
• 2.4 本章小结52-53
• 第三章 基于滑模控制的抗负载扰动研究53-63
• 3.1 滑模控制理论概述53-58
• 3.1.1 滑模控制的发展简史53-54
• 3.1.2 滑模控制系统的定义和三个要素54-55
• 3.1.3 滑模控制系统的抖振问题和动态品质55-56
• 3.1.4 切换函数（滑模面）的设计56-57
• 3.1.5 控制函数（控制律）的设计57-58
• 3.2 直驱转台伺服系统积分滑模速度调节器的设计58-60
• 3.2.1 滑模面的设计58
• 3.2.2 趋近律的设计58-59
• 3.2.3 控制率的求取59-60
• 3.3 滑模控制抗扰效果的仿真研究60-61
• 3.4 本章小结61-63
• 第四章 基于负载转矩观测及前馈补偿的抗负载扰动研究63-71
• 4.1 负载状态观测器63-66
• 4.1.1 全阶负载转矩观测器65
• 4.1.2 降阶负载转矩观测器65-66
• 4.2 改进降阶负载转矩观测器66-67
• 4.3 负载转矩观测及前馈补偿抗扰效果的仿真研究67-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第五章 抗负载扰动实验平台71-85
• 5.1 实验平台的设计71-83
• 5.1.1 硬件电路设计71-79
• 5.1.2 DSP控制程序设计79-83
• 5.2 初步实验数据83
• 5.3 本章小结83-85
• 第六章 总结与展望85-87
• 6.1 完成的工作85
• 6.2 存在的不足85-87
• 参考文献87-93
• 致谢93-94
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：596334