光纤环绕制电机控制策略研究
本文关键词:光纤环绕制电机控制策略研究 出处:《中北大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
更多相关文章: 光纤环缠绕 同步控制 抗扰控制 永磁同步电机
【摘要】:光纤环是光纤陀螺仪的核心元件,其光路参数具有显著的分布式特征,其几何特性和物理特性极易随着物理场的变化发生改变,产生非互易性误差。采用对称绕制工艺、进行恒定小张力控制有可以效地缓解因温度梯度和应力梯度产生的非互易性误差。其缠绕过程中的张力控制和精密排纤控制实质上是对多轴的精密同步运动控制。本文基于对光纤环绕制系统对多电机同步控制要求的分析,从单电机跟踪精度的控制和多电机同步精度的控制两个方面对电机的高精度控制策略进行了较为深入的分析和研究。为实现单电机动态跟踪能力的高精度控制,在对永磁同步电机(PMSM)的基本控制原理进行详细分析的基础上,针对经典位置伺服PID控制系统的性能的不足之处,提出了电机的复合抗扰控制策略。此控制策略主要是基于永磁同步电机的精确线性化数学模型,采用等价输入干扰(EID)估计算法,对电机工作过程中的参数变化、负载突变等造成的扰动以及外界干扰等进行估计和补偿,提高电机的抗干扰能力,在此基础上,又结合backstepping算法和前馈控制对电机的位置伺服控制系统设计了兼顾系统稳定性和指令响应速度的复合控制器。为实现多电机的高精度同步控制,在分析光纤环绕制系统的基本结构和张力控制原理的基础上,分析了绕纤系统对伺服电机的同步控制要求和绕线电机之间的位置同步关系,并基于对不同同步控制方法的比较,建立了适合于本系统的四电机偏差耦合同步控制系统,详细分析了收线电机、各放线电机和排线电机之间的同步误差和各电机输入端位置补偿量的关系,并在此基础上,针对固定增益补偿不能对系统参数变化做出反馈的问题,采用BP神经网络对系统的位置补偿器进行了改进。最后,在MATLAB/SIMULINK环境下对系统进行了建模仿真,分析对比了不同控制方法下单电机控制系统的阶跃性能、动态跟踪性能、鲁棒性、以及多电机同步控制系统中各电机之间的同步情况。仿真结果表明,所提出的控制策略较一般的控制方法使系统性能明显改善,系统中的单电机动态跟踪误差和多电机同步误差均能保持在±0.02rad的范围内,满足光纤环绕制系统对绕纤电机的控制精度要求,验证了所提出的单电机复合抗扰控制策略和BP神经网络补偿的多电机偏差耦合同步控制策略的有效性。
[Abstract]:Optical fiber ring is the core component of fiber optic gyroscope. Its optical path parameters have obvious distributed characteristics, and its geometric and physical characteristics are easy to change with the change of physical field. Non-reciprocal error is produced. Symmetrical winding process is adopted. The non-reciprocal error caused by temperature gradient and stress gradient can be effectively alleviated by constant small tension control. In essence, tension control and precision fiber arrangement control in winding process are precise synchronous motion control of multi-axis. This paper is based on the analysis of the requirements for synchronous control of multi-motor in optical fiber surround system. The high precision control strategy of single motor is analyzed and studied from two aspects: single motor tracking precision control and multi motor synchronization precision control. In order to realize the high precision control of single motor dynamic tracking ability. Based on the detailed analysis of the basic control principle of permanent magnet synchronous motor (PMSM), the performance of the classical position servo PID control system is analyzed in detail. The complex disturbance rejection control strategy is proposed, which is mainly based on the precise linearization mathematical model of permanent magnet synchronous motor and the equivalent input disturbance estimation algorithm. In order to improve the anti-interference ability of the motor, the parameter change, the disturbance caused by the sudden change of the load and the external disturbance are estimated and compensated in order to improve the anti-interference ability of the motor. Combined with backstepping algorithm and feedforward control to the position servo control system of the motor, a compound controller is designed, which takes into account the stability of the system and the response speed of the instruction. In order to realize the high precision synchronization of the multi-motor, the controller is designed. Control. Based on the analysis of the basic structure and tension control principle of the fiber wrapping system, the synchronous control requirements of the fiber winding system to the servo motor and the position synchronization relationship between the winding motor are analyzed. Based on the comparison of different synchronous control methods, a four-motor bias coupling synchronous control system is established, and the winding motor is analyzed in detail. On the basis of the relationship between the synchronous error and the position compensation at the input of each motor, the problem that the fixed gain compensation can not give feedback to the change of system parameters is discussed. BP neural network is used to improve the position compensator of the system. Finally, the system is modeled and simulated in MATLAB/SIMULINK environment. The step performance, dynamic tracking performance, robustness and synchronization among the motors in the multi-motor synchronous control system are analyzed and compared by different control methods. The simulation results show that. The proposed control strategy can significantly improve the performance of the system. The dynamic tracking error of single motor and the synchronization error of multiple motors can be kept in the range of 卤0.02 rad. The control accuracy of the fiber winding motor is satisfied. The effectiveness of the proposed hybrid disturbance rejection control strategy and the BP neural network compensation strategy for multi-motor offset coupling synchronization control are verified.
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN253;TP273
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 乔立军;杨瑞峰;张鹏;郭晨霞;;光纤环绕制中张力控制与高精度排线的研究[J];科学技术与工程;2016年25期
2 张磊;陆宇平;殷明;;多传感器融合四旋翼协同控制算法及其实现[J];应用科学学报;2016年02期
3 杨瑞峰;付梦瑶;郭晨霞;张鹏;;基于小波神经网络的电动负载模拟器的复合控制[J];液压与气动;2016年03期
4 刘桂秋;许万涛;孙晶;;基于改进型偏差耦合的PMSM自适应反推同步控制[J];微特电机;2016年02期
5 赵晨;周洁敏;李小明;;PMSM变频调速系统的建模仿真与分析[J];重庆理工大学学报(自然科学);2016年01期
6 刘慧敏;葛永强;常亚辉;张晓磊;庞继文;;基于矢量控制的永磁同步电机控制系统的仿真[J];火力与指挥控制;2015年11期
7 何伟成;王文格;胡旭;;一种模糊补偿相邻耦合多轴同步控制结构研究[J];机械科学与技术;2015年11期
8 霍览宇;罗湘运;;基于微分前馈的永磁同步电机位置伺服系统[J];控制工程;2015年05期
9 怀红旗;;改进自抗扰控制算法在伺服系统中的应用[J];自动化应用;2015年08期
10 林君焕;陈月芬;金建华;章锦雷;林海波;;多线切割机恒张力控制系统研究[J];系统仿真技术;2015年03期
相关博士学位论文 前1条
1 刘瑞娟;基于等价输入干扰补偿的几类典型系统扰动抑制设计[D];中南大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 胡亮;永磁同步电机的同步协调控制技术研究[D];南京理工大学;2016年
2 刘良检;光纤绕环过程中的高精度张力控制[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 李力;光纤绕制系统中的多电机同步控制[D];中北大学;2014年
4 蒋毅;多永磁电机传动系统的同步控制策略研究[D];浙江大学;2014年
5 姚武军;多电机同步控制策略研究[D];湘潭大学;2013年
6 屈常彬;基于神经网络的系统辨识与控制方法的研究[D];东北大学;2012年
7 范志龙;基于永磁同步电机的多电机同步控制系统的研究[D];湖南大学;2012年
8 夏媛;一类具有不确定扰动的随机非线性系统的输出反馈控制[D];中国科学技术大学;2011年
9 仲米雪;无刷直流力矩电机伺服驱动系统研究与设计[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 赵思聪;无载无刷直流电机控制策略的研究与系统实现[D];复旦大学;2010年
,本文编号:1404649
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/1404649.html