双惯量弹性系统负载扰动观测器设计研究

发布时间：2017-08-11 18:28

  本文关键词：双惯量弹性系统负载扰动观测器设计研究

  更多相关文章： 双惯量系统 扰动观测器 机械谐振 干扰抑制 状态反馈

【摘要】：交流伺服系统以其优越的性能广泛地应用于工业及运动控制领域。在轧钢机、机器人关节等常见的电拖机构中,普遍地存在着由于连接装置有限弹性引发的机械谐振以及负载变化造成的动态干扰现象。这两种现象的存在不仅造成设备本身的损坏,而且会严重地影响生产流程及效率、降低工件质量,恶化其控制品质,制约了工业装备制造的发展。所以解决抗谐振与抗干扰问题具有重大的现实意义及影响。本文首先研究单惯量系统负载扰动观测器(Disturbance Observer,DOB),并对其结构进行改进。单惯量系统存在着因负载突变或其他外部影响引发的动态速降以及低速转速脉动问题。利用设计的改进型观测器可有效解决上述问题,DOB应用效果通过仿真予以验证。其次对轧机等传动设备进行双惯量建模,对相关机理进行分析。着重研究了双惯量抗谐振与抗干扰存在的矛盾,通过仿真予以验证。为了解决此矛盾,提出了一种基于观测器法状态反馈控制策略。传动机构负载端无相应的检测反馈设备,故采用观测器法获取负载端状态量。其目的在于抑制谐振造成的速度波动,增强负载突变时系统的抗扰能力,使其具有较好地抑制动态变化的性能。该方案是将分数阶扰动观测器(Fractional Order Disturbance Observer,FO-DOB)与状态观测器结合,本文对二者的机理与具体实现做了详细的研究及阐述,仿真验证了所提方法的有效性。最后在单惯量及双惯量测试平台上对上述算法进行验证。单惯量负载扰动观测器可有效解决其抗扰和低速脉动问题。针对双惯量系统设计的负载扰动观测器,不仅可有效预估系统负载端的状态量,而且可以解决抗谐振与抗干扰的矛盾,同时提升系统的谐振抑制与干扰抑制能力。
【关键词】：双惯量系统 扰动观测器 机械谐振 干扰抑制 状态反馈
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义9-10
• 1.2 国内外该方向的研究及发展现状10-14
• 1.2.1 机械谐振抑制10-12
• 1.2.2 干扰抑制12-13
• 1.2.3 负载观测器的应用13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 第2章 单惯量系统负载扰动观测器设计15-24
• 2.1 机理分析与结构设计15-18
• 2.2 突加负载的动态速降抑制18-21
• 2.2.1 动态速降及影响18-19
• 2.2.2 突加干扰抑制仿真19-21
• 2.3 周期性转速脉动抑制21-23
• 2.3.1 周期脉动机理分析21-22
• 2.3.2 低速下转速脉动抑制仿真22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 双惯量系统抗谐振与抗干扰抑制矛盾分析24-32
• 3.1 双惯量系统分析与建模24-26
• 3.2 抗谐振与抗干扰抑制矛盾分析与仿真验证26-31
• 3.2.1 抗谐振与抗干扰抑制矛盾分析26-27
• 3.2.2 仿真验证27-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第4章 基于观测器的双惯量谐振与干扰抑制研究32-49
• 4.1 基于观测器的状态反馈控制32-33
• 4.2 分数阶扰动观测器设计33-36
• 4.2.1 FO-DOB机理分析与设计33
• 4.2.2 分数阶算法的实现33-36
• 4.3 双惯量系统状态观测器36-40
• 4.3.1 状态观测器原理及结构设计36-38
• 4.3.2 负载惯量及传动轴刚度获取38-40
• 4.4 观测器离散化与极点配置40-43
• 4.4.1 观测器离散化方法40-42
• 4.4.2 观测器极点配置42-43
• 4.5 基于负载扰动观测器的仿真研究43-48
• 4.5.1 仿真平台及参数43-44
• 4.5.2 负载状态观测结果44-46
• 4.5.3 谐振抑制与干扰抑制仿真结果46-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第5章 负载扰动观测器实物测试与验证49-63
• 5.1 测试平台及实验内容49-51
• 5.2 单惯量负载扰动观测器实验51-54
• 5.2.1 突加干扰抑制测试51-53
• 5.2.2 低速下转速脉动抑制测试53-54
• 5.3 双惯量负载扰动观测器实验54-62
• 5.3.1 抗谐振与抗干扰矛盾验证54-57
• 5.3.2 基于FO-DOB的谐振抑制测试57-58
• 5.3.3 状态观测器负载量估测58-60
• 5.3.4 谐振抑制与干扰抑制实验60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读学位期间发表的学术论文68-70
• 致谢70

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本文编号：657608