电动变载荷加载系统的建模及线性自抗扰控制

发布时间：2024-05-28 05:13

　　在Qt Creator 4.3.1的开发环境下,采用C++语言进行程序开发,设计了一种电动变载荷摩擦磨损试验机,期望能克服电动变载荷加载系统中存在的强扰动、强耦合、高度非线性化和不确定性等因素,提高电动变载荷加载系统的控制效果。提出了一种相比于自抗扰控制器(ADRC)参数减少、控制效果并未受太大影响的更加线性化、带宽化、易于在实际工程应用实现的线性自抗扰控制器(LADRC)方法,并设计扩张状态观测器进行干扰补偿,实现加载压力的实时控制。选取恒值加载、正弦波加载、锯齿波加载3种典型信号,分别进行空载及加载试验,通过LADRC与比例-积分-微分(PID)控制效果进行对比,试验结果表明,在LADRC控制下,电动加载系统响应速度快,控制精度高,抗干扰能力强。

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【部分图文】：

图1电动加载控制系统试验装置

电动加载系统的试验装置如图1所示,主要由电动加载系统、样品台传动系统、电动平移台系统、基于工控机的测控系统4部分组成。样品台传动系统主要由伺服电机通过同步带带动样品台进行旋转运动。加载系统主要由伺服电机带动电动缸运动,电动缸将伺服电机的旋转运动转换为直线运动,来实现摩擦压头对样品....

图2试验机加载系统结构框图

由于电动变载荷摩擦磨损试验机加载系统为系统关键部分,存在更多的非线性,对此进行建模分析,加载系统控制原理框图如图2所示。1.2.1交流伺服电机数学模型

图3电机等效电路图

电动加载系统由伺服电机通过联轴器带动滚柱丝杠运动,滚柱丝杠将电机的旋转运动转换为直线运动,所以系统的机械传动部分以伺服电机输出轴的角度变化为输入,以滚柱丝杠的直线运动为输出。交流永磁同步伺服电机带动整个电动系统运行,如图3所示,建立电机的数学模型。电机的电压平衡方程为

图4二阶线性自抗扰控制器结构框图

式中,kp、kd为控制规律参数,r为给定值的输入,y为系统输出。线性控制律中参数kp、kd具有相对明确的物理意义,kp表示比例增益,kd表示微分增益,其整定方法可类比比例-微分(proportional-derivative,PD)控制器中的参数整定。线性扩张状态观测器(lin....

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