PMSM伺服系统智能化参数免调试技术研究

发布时间：2020-10-11 03:18

　　 交流伺服系统现广泛应用与工业控制领域,在工业机器人、数控机床等常见的机械结构中,普遍存在着机械谐振、干扰问题及动态跟随差的现象。在商用伺服智能控制中,智能化算法——免调整功能均能解决上述现象,并且无需人为干预便可完成,真正做到“黑匣子”功能。免调整功能可同时解决惯量变化的刚度设置与振动抑制问题,充分展示了新型高频化伺服系统的技术优势。故而对于研究免调整功能是工业自动化发展的必经之路,其对于提高伺服控制系统稳定、精度有重要意义。本文提出参数免调试技术即通过在线辨识,自动判别系统机械参数,自动匹配控制器刚度与参数,利用评价函数与转矩、位置、转速阈值实时判定系统状态;在此基础上,开启相应的补偿回路,同时控制补偿系数调节补偿反馈强度,得到稳定高跟随性能的伺服系统。具体研究内容如下:首先,利用安川sigma7进行的参数自整定策略与免调整功能性能对比,在此基础上提出参数免调试技术的复合控制架构,并利用获取的转速与电流信息准确辨识系统机械参数与机械刚度。其次,根据系统所辨识的转动惯量,利用频域法参数自整定策略,分别自动整定速度环和位置环控制器的相关参数;同样的根据位置环闭环传递函数与系统跟随性,整定速度前馈增益与加速度前馈增益。接着,利用本课题提出的评价体系即评价函数来判定系统状态,即根据传感器采集的转矩、位置、转速等指令与反馈信息,判定系统相应的是否发生机械谐振、是否需提高位置跟随性与抗扰性。最后,针对判定的不同工况,自动开启相应的补偿回路,若出现机械谐振那么系统会自动启动轴矩负反馈;若需要提高系统跟随性,则开启系统位置前馈补偿回路;若出现外部扰动,则开启状态观测正反馈补偿环节;再对应的控制补偿系数α、β、K_g,调节补偿反馈强度,得到稳定高跟随性能的伺服系统。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM921.541
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 免调整功能
        1.2.2 评价函数体系
        1.2.3 机械谐振与抗干扰研究发展现状
        1.2.4 无偏差位置前馈控制
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 参数免调试技术复合控制架构及其评价函数
    2.1 参数自整定与免调整性能对比分析
        2.1.1 速度阶跃响应性能测试
        2.1.2 速度环频响测试
        2.1.3 速度环刚度测试
    2.2 参数免调试技术复合控制框架
    2.3 评价函数
        2.3.1 误差评价函数
        2.3.2 系统评价指标
        2.3.3 基于补偿系数的状态评价函数
    2.4 本章小结
第3章 基于观测器的谐振抑制与抗干扰研究
    3.1 双惯量系统分析与建模
    3.2 机械谐振与抗干扰抑制矛盾现象机理分析与仿真验证
        3.2.1 机械谐振与抗干扰抑制矛盾现象机理分析
        3.2.2 仿真验证
    3.3 基于补偿系数α的谐振抑制功能
        3.3.1 FO-DOB机理分析与设计
        3.3.2 谐振抑制功能实现
        3.3.3 仿真验证
    3.4 基于补偿系数β的动态干扰抑制
        3.4.1 状态观测器原理及结构设计
        3.4.2 抗干扰功能实现
        3.4.3 仿真实验验证
    3.5 本章小结
第4章 基于前馈补偿的无偏差位置伺服控制
    4.1 速度环控制器参数自整定
    4.2 位置前馈伺服控制
        4.2.1 位置环控制器参数整定
        4.2.2 位置前馈控制参数设置
        4.2.3 改进的位置前馈伺服控制
        4.2.4 仿真验证
    4.3 本章小结
第5章 参数免调试技术仿真调试
    5.1 仿真平台
    5.2 基于补偿系数的评价体系验证
        5.2.1 基于谐振补偿系数α的转矩评价函数
        5.2.2 基于抗干扰补偿系数β的转速评价函数
        5.2.3 基于跟随性补偿系数K_g的位置评价函数
    5.3 系统惯量在线辨识及刚度匹配
    5.4 参数免调试仿真验证
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2835975