含误差谐波齿轮系统的建模与运动控制

发布时间：2017-11-12 09:17

本文关键词：含误差谐波齿轮系统的建模与运动控制

【摘要】：谐波齿轮由于结构和传动原理的特殊性，而使其传动误差比一般齿轮要小的多，但由于谐波齿轮主要应用在一些高精度领域，因而，传动误差对系统的影响还是不可以被忽视的。鉴于谐波齿轮传动误差的不可避免性，我们只能采取补偿的方法来尽量减小系统的传动误差。目前对谐波齿轮系统传动误差的研究主要集中在误差源的分析、误差幅值的理论计算、误差值的测量等方面,而用控制方法来减小传动误差的研究却几乎没有。因而本文对谐波齿轮系统的传动误差进行控制补偿的研究是很有必要的。本文首先对谐波齿轮传动系统进行了分析，然后综合考虑啮合摩擦、扭转刚度、齿间侧隙、传动误差及外界干扰等多种非线性因素，建立了谐波齿轮系统的动力学模型，最后采用PID控制器对系统进行闭环控制,并对闭环控制前后的系统传动误差进行比较与分析。为了实现对谐波齿轮系统传动误差的补偿研究，本文主要研究了以下几方面的内容： 1）对谐波齿轮传动系统中的两个主要非线性因素（扭转刚度和侧隙）进行分析，建立了刚度特性曲线的“磁滞”模型，该磁滞模型能够更好的体现扭转刚度的变化规律，以及在前人的基础上，对侧隙模型进行了改进。 2）在几种典型动力学模型的基础上，并结合对谐波齿轮结构及传动原理的分析，综合考虑多种非线性因素，建立了新的动力学模型。 3）采用PID闭环控制的方法对谐波齿轮系统的传动误差进行控制补偿，并对系统仿真输出的误差进行分析，得知PID闭环控制可以对谐波齿轮系统的传动误差起到明显的补偿作用。 4）把谐波齿轮系统简化成一个线性的二阶系统，并运用状态反馈的方法改变系统的极点分布，得知状态反馈提高了该系统的相对稳定性。 5）为了使传动误差的仿真结果更接近于实际系统，本文把步进电机的传递函数串联到谐波齿轮系统中，并用PID闭环控制的方法对该系统的传动误差进行控制补偿。通过对PID闭环控制前后传动误差的分析与比较，得知不管谐波齿轮系统中有没有加入步进电机的传递函数，，PID闭环控制对传动误差的补偿都有比较明显的效果。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41

【参考文献】

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