高频响角振动台控制系统的研究

发布时间：2017-09-28 22:39

  本文关键词：高频响角振动台控制系统的研究

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【摘要】：转台伺服系统在各行各业中均有广泛的应用,研究转台有重要的现实意义。衡量转台伺服系统的性能有许多项指标,其中比较重要的指标有频响、精度、调速范围等。高频响指系统的工作带宽范围高,跟踪高频信号的能力强,频带高的转台工作带宽能达到1k Hz以上。在实际的运行中,高频转台常常会产生机械谐振的现象,机械谐振是影响转台提升带宽的重要因素之一。因此,研究转台伺服系统机械谐振的产生原因以及研究机械谐振的抑制方法,对高频响转台的性能提高至关重要。本论文首先对高频转台伺服系统从机械传动部分和电气部分两个角度建立了数学模型。为简化分析,将电机驱动环节简化为双惯量模型,依据该模型深入分析了其谐振现象及其产生的原因。然后,本文针对系统可能产生的机械谐振的现象,分析了多种抑制机械谐振的方法,包括PI控制方法,PI结合加速度反馈的控制方法,基于扭矩扰动观测器的谐振抑制方法,基于陷波滤波器的谐振抑制方法等。分别采用这些方法对简化的转台模型进行仿真实验,对各方法的谐振抑制效果进行评估,仿真结果表明,单纯的采用PI控制的方法无法完全抑制机械谐振,其余各方法均能对机械谐振产生非常明显的抑制作用。此外,根据谐振产生的原因,设计简化的谐振模型,采用滑模变结构控制对该模型进行控制。采用滑模变结构的控制方法具有无需系统在线辨识等优点,在转台控制的领域具有很大的研究价值。最后,介绍本转台控制系统的软硬件基础,在实际系统上进行实验,得到了满意的结果。
【关键词】：高频响角振动转台 机械谐振 加速度反馈 扭矩扰动观测器 陷波滤波器 滑模变结构
【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】：V216.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义8-9
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析9-12
• 1.2.1 国内外转台研究现状9-10
• 1.2.2 机械谐振抑制方法研究现状10-12
• 1.3 主要研究内容12-14
• 第2章 高频响角振动台的建模与谐振分析14-29
• 2.1 引言14
• 2.2 高频响角振动转台系统谐振机理分析14-22
• 2.2.1 转台动力学模型14-18
• 2.2.2 角振动台谐振分析18-20
• 2.2.3 机械谐振频率点变化的原因20-22
• 2.3 电机模型的建立22-25
• 2.3.1 音圈电机的简介22-23
• 2.3.2 电机的数学模型23-24
• 2.3.3 带驱动器的电机数学模型建立24-25
• 2.4 系统总体框图25-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 高频响角振动台谐振抑制方法研究29-52
• 3.1 引言29
• 3.2 基于极点配置的谐振抑制策略29-35
• 3.2.1 基于极点配置的PI控制方法29-33
• 3.2.2 基于加速度反馈的极点配置方法33-35
• 3.3 基于扭矩扰动观测器的谐振抑制策略35-38
• 3.3.1 扭矩扰动观测器法的研究35-37
• 3.3.2 仿真研究37-38
• 3.4 基于陷波滤波器的谐振抑制策略38-44
• 3.4.1 陷波滤波器的原理及分析38-41
• 3.4.2 基于陷波滤波器的谐振抑制方法41-43
• 3.4.3 陷波滤波器的数字化43-44
• 3.5 基于滑模变结构的谐振抑制策略44-50
• 3.5.1 滑模变结构控制器的介绍44-45
• 3.5.2 滑模变结构控制器的设计45-50
• 3.5.3 仿真研究50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 高频响角振动台的控制实验52-68
• 4.1 引言52
• 4.2 高频响角振动台伺服系统的介绍52-63
• 4.2.1 控制器及相关电路53-55
• 4.2.2 工控机软件运行平台55-57
• 4.2.3 FPGA电路及其逻辑设计57-63
• 4.3 硬件调试63-65
• 4.4 角振动台系统调试65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 致谢74

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本文编号：938509