永磁电机动态加载伺服系统及控制策略研究

发布时间：2017-09-26 02:12

  本文关键词：永磁电机动态加载伺服系统及控制策略研究

  更多相关文章： 电动加载伺服系统 位置扰动 位置前馈补偿 模糊自整定PID 力矩跟踪误差

【摘要】：电动加载伺服系统普遍应用于航天航空、工业控制和汽车负载模拟系统等领域。电动加载伺服系统力矩跟踪的快速性与准确性是决定其性能的关键指标。承载系统的位置扰动和系统固有的非线性是造成系统力矩跟踪误差较大的主要原因。本文所研究的电动加载伺服系统是以永磁同步电机作为加载电机,主要针对因承载对象的位置扰动以及系统的非线性等问题,将位置前馈补偿控制和模糊自整定PID相结合的控制策略应用于大力矩、高动态的电动加载伺服系统中,并使其达到性能指标。首先,简述了永磁电动加载系统的研究背景及意义,概括了电动加载伺服系统及其控制策略的研究现状,阐述了引起加载系统跟踪效果差的关键问题。通过分析该系系统组成模块特点,建立电动加载伺服系统的数学仿真模型。其次,在电动加载伺服系统的仿真模型中,采取了转矩和电流双闭环控制策略,重点设计了加载伺服系统的转矩环PI控制器,结合承载系统位置扰动等问题,设计了位置补偿前馈控制器,仿真证实了位置补偿前馈控制器对减小力矩跟踪误差有一定效果。根据加载伺服系统的特点,在转矩环设计了模糊自整定控制器,对系统多余力矩进行了分析,通过仿真研究,证实了此控制策略对加载伺服系统力矩跟踪效果有效性。最后,搭建了整个加载系统的实验平台,介绍了加载台的组成以及测控硬件选型,实现加载系统软件基本功能,做了阶跃力矩静态加载实验、阶跃力矩动态加载实验和正弦力矩动态加载实验,证实了该系统基本达到了加载伺服系统性能指标。
【关键词】：电动加载伺服系统 位置扰动 位置前馈补偿 模糊自整定PID 力矩跟踪误差
【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】：TM351;TM921.541
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题的研究背景及意义10
• 1.2 电动加载伺服系统及控制策略概述10-18
• 1.2.1 电动加载伺服系统的发展状况11-14
• 1.2.2 电动加载伺服系统的控制策略研究现状14-18
• 1.3 电动加载伺服系统的关键问题18-19
• 1.3.1 位置扰动18-19
• 1.3.2 非线性因素19
• 1.4 论文主要研究内容19-21
• 第2章 电动加载系统及承载系统数学建模21-31
• 2.1 电动加载系统数学模型21-26
• 2.1.1 加载电机数学模型21-23
• 2.1.2 力矩传感器数学模型23
• 2.1.3 驱动器数学模型23-24
• 2.1.4 电动加载系统建模分析24-26
• 2.2 承载系统数学模型26-29
• 2.2.1 承载系统组成26
• 2.2.2 直流电机数学模型26-27
• 2.2.3 其它环节数学模型27
• 2.2.4 承载系统建模分析27-29
• 2.3 加载系统与承载系统联合模型29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 电动加载伺服系统控制器设计31-43
• 3.1 PID控制器设计31-35
• 3.1.1 PID控制简介31-32
• 3.1.2 PID参数整定32-35
• 3.2 位置补偿前馈控制器设计35-36
• 3.3 位置补偿控制仿真36-42
• 3.3.1 阶跃力矩跟踪实验36-39
• 3.3.2 正弦力矩跟踪实验39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 模糊自整定控制器设计43-56
• 4.1 模糊控制43-45
• 4.1.1 模糊控制介绍43-45
• 4.1.2 模糊控制特点45
• 4.2 模糊自整定PID控制器设计45-51
• 4.3 模糊自整定PID仿真51-55
• 4.3.1 阶跃力矩跟踪实验52-54
• 4.3.2 正弦力矩跟踪实验54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 多余力矩抑制仿真实验56-62
• 5.1 多余力矩定义56
• 5.2 多余力矩产生原因56-57
• 5.3 多余力矩特性分析57
• 5.4 多余力矩仿真实验57-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第6章 实验平台的搭建及实验62-79
• 6.1 引言62
• 6.2 加载台的组成62-65
• 6.2.1 动力柜62-64
• 6.2.2 控制柜64
• 6.2.3 加载电机64
• 6.2.4 测量元件64-65
• 6.2.5 机械部分65
• 6.3 加载系统测控硬件介绍65-67
• 6.3.1 测控系统硬件总体结构65-66
• 6.3.2 控制使能I/O板卡66
• 6.3.3 数据采集板卡66
• 6.3.4 测角电路模块66-67
• 6.4 加载系统测控软件设计67-74
• 6.4.1 测控软件的功能68-69
• 6.4.2 测控系统软件功能实现69
• 6.4.3 板卡在RTX环境下驱动开发69-70
• 6.4.4 主程序设计70-71
• 6.4.5 中断程序设计71-72
• 6.4.6 界面程序设计72-74
• 6.5 加载伺服系统性能测试实验74-78
• 6.5.1 阶跃力矩静态加载实验74-76
• 6.5.2 阶跃力矩动态加载实验76-77
• 6.5.3 正弦力矩动态加载实验77-78
• 6.6 本章小结78-79
• 结论79-80
• 参考文献80-84
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单84-85
• 致谢85

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