机电伺服系统鲁棒控制方法研究

发布时间：2017-09-13 04:22

  本文关键词：机电伺服系统鲁棒控制方法研究

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【摘要】：机电伺服系统在现代工业的作用逐步凸显,电动高精度伺服平台是一类典型的机电伺服系统,在军工行业以及社会生产生活中有着越来越广泛的应用。对于高精度伺服转台而言,由于系统的复杂性使得在应用过程中会存在力矩波动等影响系统精度以及动态过程的扰动和不确定因素。由于干扰的未知性,常规方法较难获得令人满意的效果,而鲁棒控制可以针对系统的不确定性进行定量设计控制器以满足工业生产生活中的需要。本文以高精度伺服控制转台为背景,研究结合机电系统利用鲁棒控制方法改善系统性能的应用,主要包括以下内容:首先,分析机电伺服系统的组成和结构,利用矢量控制方法建立机电伺服系统机理模型并分析主要不确定性来源,利用数学物理手段建立主要摄动的数学模型,结合二者建立含有不确定性的伺服系统模型。其次,设计实验测量系统的模型参数,辨识机电系统数学模型,给出不确定性范围,通过求得的标称模型计算干扰摄动范围,并设计干扰观测器(DOB)对干扰量进行补偿,通过仿真说明干扰观测器(DOB)的补偿效果。再次,从数学角度给出加权函数的选取原则,分析讨论加权函数形式与意义,分别基于混合灵敏度以及H_∞最优的两种鲁棒控制方法为高精度伺服转台系统设计鲁棒控制器,通过仿真说明所设计的控制器的有效性。最后,基于混合H_2/H_∞理论为高精度伺服转台设计鲁棒控制器,针对所设计的鲁棒控制器利用最优Hankel范数近似的方法给出降阶控制器,仿真说明所设计的控制器的有效性,并与基于H_∞的鲁棒控制方法进行对比,分析所采用的三种鲁棒控制方法性能的优劣以及是否加入干扰观测器对系统的影响。
【关键词】：机电伺服控制系统 DOB H_∞控制 混合灵敏度 H_2/H_∞混合控制 加权函数
【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】：TM921.541
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 机电伺服系统鲁棒控制方法研究现状9-14
• 1.2.1 鲁棒控制方法发展历史9-11
• 1.2.2 基于H_∞鲁棒控制方法研究现状11-12
• 1.2.3 机电伺服系统鲁棒控制研究现状12-13
• 1.2.4 鲁棒控制加权函数选取研究现状13-14
• 1.3 本文主要内容及结构安排14-15
• 第2章 机电系统数学模型建立与不确定性分析15-24
• 2.1 引言15
• 2.2 机电伺服系统机理模型建立15-19
• 2.3 机电伺服系统模型不确定性分析19-23
• 2.3.1 轴系摩擦力矩波动分析19-21
• 2.3.2 电机力矩波动分析21-22
• 2.3.3 含有不确定性的机电伺服系统模型建立22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 机电伺服系统模型参数获取与干扰补偿24-39
• 3.1 引言24
• 3.2 机电伺服系统模型参数获取24-28
• 3.2.1 机电系统标称模型参数计算25-27
• 3.2.2 模型参数获取与辨识27-28
• 3.3 干扰力矩辨识实验28-33
• 3.3.1 摩擦力矩干扰实验辨识30-31
• 3.3.2 电磁波动力矩实验辨识31-33
• 3.4 基于干扰观测器的机电伺服系统干扰初步补偿33-38
• 3.4.1 干扰观测器的原理33-35
• 3.4.2 基于干扰观测器的机电伺服系统干扰补偿35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 基于H_∞控制方法的机电系统鲁棒控制器设计39-59
• 4.1 引言39
• 4.2 加权函数选取方法39-48
• 4.2.1 模型摄动加权函数选取方法40-44
• 4.2.2 控制输入加权函数选取方法44-45
• 4.2.3 性能评价加权函数选取方法45-48
• 4.3 基于混合灵敏度的机电伺服系统鲁棒控制器设计48-54
• 4.3.1 基于混合灵敏度的机电伺服系统鲁棒控制器设计48-51
• 4.3.2 仿真结果与分析51-54
• 4.4 基于H_∞最优的机电伺服系统鲁棒控制器设计54-58
• 4.4.1 基于H_∞最优的鲁棒控制器设计54-56
• 4.4.2 仿真结果与分析56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 基于H_2/H_∞混合的机电系统鲁棒控制器设计59-80
• 5.1 引言59
• 5.2 H_2/H_∞混合鲁棒控制问题59-64
• 5.2.1 H_∞标准控制问题59-61
• 5.2.2 H_∞最优控制问题61
• 5.2.3 H_2/H_∞混合标准控制问题61-64
• 5.3 基于H_2/H_∞混合的机电伺服系统鲁棒控制器设计64-67
• 5.4 基于HANKEL范数的鲁棒控制器降阶设计67-74
• 5.5 三种机电系统鲁棒控制器鲁棒性能对比与分析74-78
• 5.6 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89

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本文编号：841494