高速高精运动控制系统模型参数辨识与实验研究

发布时间：2017-10-18 13:11

  本文关键词：高速高精运动控制系统模型参数辨识与实验研究

  更多相关文章： 高速高精 运动控制 最小二乘 辨识 滤波器 直线电机 纹波推力

【摘要】：随着运动控制系统在数控机床和微电子装备中的广泛使用，它也随之成为了一个新的研究领域。这类系统通常由上位机软件、运动控制器、伺服驱动器、电机及执行机构等构成。运动控制器作为该系统的主要组成部分，它的性能直接影响了系统的精度要求。 在设计高速高精运动控制系统中的控制器方面，控制器参数会在该系统起着关键作用。因为参数的设置不当会严重影响系统的稳定性，从而导致系统的响应速度和精度达不到要求。所以，关于对控制参数调整是控制器设计至关重要的一个环节。目前基本采用经验的方法来进行调整，该方法效率不高，且基本取决于人的因素。而如果想要得到一个稳定且高速高精的控制器就需要得到一个相对精确的被控对象数学模型。因此为了实现高速高精度运动控制的方案，提出了基于最小二乘的辨识算法来辨识其对象模型参数。为了使算法能在噪声环境下不失真且运行稳定，运用了滤波器对其输入输出数据进行滤波。构建了基于滤波器的最小二乘线性回归方程，即加入一个稳定的二阶传递函数，达到稳定辨识的效果。仿真与实验结果表明，最小二乘在有噪声的闭环运动控制系统中的辨识结果不收敛且失真，而加入滤波器的最小二乘算法能显著提高控制系统的稳定性及精确度，且满足其高速高精的要求。 本课题根据已有的二维直线电机平台，搭建了软硬件测试平台，，来获取对应的实验数据。分别对直线电机的数学模型和伴随直线电机的纹波推力波形进行了辨识研究。分别用经典的最小二乘、递推最小二乘和研究所得的加入滤波器的递推最小二乘对该系统进行了辨识研究。通过实验，验证了提出的辨识算法的可行性及适用性，同时又辨识出了实验平台的对象模型参数及对控制精度影响较大的纹波推力数学模型参数，这对高速高精运动的控制起到了很大的作用。
【关键词】：高速高精 运动控制 最小二乘 辨识 滤波器 直线电机 纹波推力
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 系统辨识的意义及原理10-12
• 1.3 系统辨识国内外发展现状12-14
• 1.4 论文的主要研究工作及结构安排14-16
• 2 最小二乘系统辨识及其改进算法16-38
• 2.1 系统辨识目的及基本步骤16-19
• 2.1.1 系统辨识目的16
• 2.1.2 系统辨识基本步骤16-19
• 2.2 辨识对象数学模型19-25
• 2.2.1 永磁直线同步电机结构及原理直线伺服系统试验台19-21
• 2.2.2 永磁直线同步电机数学模型21-23
• 2.2.3 实验平台辨识对象数学模型23-25
• 2.3 最小二乘辨识算法25-28
• 2.3.1 最小二乘算法基本原理25
• 2.3.2 最小二乘算法推导25-28
• 2.4 递推最小二乘辨识算法28-34
• 2.4.1 递推最小二乘基本原理28
• 2.4.2 递推最小二乘算法推导28-30
• 2.4.3 递推最小二乘算法 Matlab 仿真30-34
• 2.5 加入滤波器后递推最小二乘辨识算法34-37
• 2.5.1 加入滤波器后递推最小二乘算法推导34-35
• 2.5.2 加入滤波器后递推最小二乘算法 Matlab 仿真35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 3 递推最小二乘电机扰动辨识38-47
• 3.1 辨识对象数学模型38-40
• 3.1.1 控制系统中纹波推力原理38
• 3.1.2 直线电机纹波推力数学模型38-40
• 3.2 递推最小二乘算法辨识纹波推力 Matlab 仿真40-44
• 3.2.1 纹波推力位移周期分析40-41
• 3.2.2 模型参数辨识仿真结果41-44
• 3.3 抵消纹波推力后递推最小二乘辨识 Matlab 仿真44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 实验平台软件硬件搭建47-54
• 4.1 硬件平台搭建47-49
• 4.1.1 实验硬件平台简介47-49
• 4.2 软件平台搭建49-53
• 4.2.0 实验软件平台简介49
• 4.2.1 软件平台主要功能介绍49
• 4.2.2 参数设置界面简介49-52
• 4.2.3 运动界面简介52
• 4.2.4 诊断与测试界面简介52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 实验与分析54-60
• 5.1 递推最小二乘辨识电机模型参数实验54-57
• 5.2 递推最小二乘辨识纹波推力模型参数实验57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-61
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士期间公开发表的学术成果64-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张燕红;郑仲桥;;基于递推极大似然算法的控制系统仿真[J];常州工学院学报;2007年02期

2 刘强;张从鹏;;直线电机驱动的H型气浮导轨运动平台[J];光学精密工程;2007年10期

3 林献坤;于垂顺;李郝林;;2X/Y直线进给轴直线轮廓误差的学习补偿方法[J];光学精密工程;2011年05期

4 李高;;数控技术在制造业中的发展前景探讨[J];机电信息;2011年27期

5 王高中,王石刚,崔海徽;运动控制系统中被控对象的模型辨识研究[J];计算机仿真;2005年04期

6 李力千,王占林,周福章,吴宏;闭环运动控制系统中被控对象的模型辨识研究[J];制造业自动化;2000年01期

7 江忠君;;对我国数控技术发展的战略思考[J];中国现代教育装备;2010年07期

8 郜鹏;;浅谈数控技术的现状及发展[J];科技信息;2011年27期

9 王宏起 ,胡运权;高新技术及其产业的界定和使用规范化研究[J];科学学与科学技术管理;2002年04期

10 韩立全;;论数控技术的发展方向与趋势[J];数字技术与应用;2011年11期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 张代林;永磁同步直线电机伺服系统的控制策略和实验研究[D];华中科技大学;2007年

2 毕革新;递归神经网络的动态系统辨识及其在船舶运动控制中的应用研究[D];大连海事大学;2009年

3 姜军鹏;两轴高速直驱伺服进给系统控制策略与实验平台[D];天津大学;2012年

本文编号：1055095