柔性传动系统分数阶PID设计与抗扰控制方法研究

发布时间：2020-05-12 14:07

【摘要】：柔性传动作为一种新型传动方式,具有良好的缓冲吸振能力,目前已运用于低运行速度、大转矩的设备中。柔性传动系统主要是低阻尼的高阶非线性系统,传统的控制方法对系统的性能难以保证。因此开展柔性传动系统控制研究对于工业中柔性技术的推广有积极作用。论文以柔性传动系统为研究对象,提出一种改进的Maxwell模型描述柔性传动系统的迟滞非线性;深入研究了分数阶PID设计方法及基于干扰观测器的反步控制,主要目的在于解决系统的驱动电机调速过程中,FOPID参数整定困难问题,并通过复合控制补偿柔性传动系统中的迟滞非线性,以满足系统的定位及抗扰等要求。本文主要研究内容如下:结合Maxwell模型,分析了柔性传动系统的结构、迟滞产生原因、表现形式及描述方法。提出了一种正反向阻力不对称情况下的Maxwell迟滞模型,可描述更多迟滞形状。对于柔性传动的驱动控制部分,针对FOPID参数整定的复杂性问题,面向常规线性系统和时滞系统,分别提出了一种参数频域整定法。以Bode理想闭环参考模型为目标,通过模型匹配及频域拟合,将多参数的寻优搜索问题转化为单变量寻优搜索问题。提高了搜索效率且得到了近似于参考模型的理想响应效果,增强了被控系统的稳定性、鲁棒性及抗扰性。通过仿真对比验证了该方法用于线性、时滞及高阶时滞系统的优良控制性能。利用G-L定义与短记忆法实现FOPID数字化编程,并应用于柔性传动实验系统中的电机驱动,实验表明该方法的对线性及时滞系统的控制能够达到理想效果。在传动末端位置控制方面,提出了一种基于DOB的反步法。利用DOB观测模型不确定性及干扰并补偿,联系反步控制的系统分解思想,递归构造闭环系统的Lyapunov函数获得反馈控制器,并对具有不同扰动的系统进行数值仿真对比验证了方法有效性。结合传动系统开环测试结果,分析了迟滞等非线性的表现形式;建立了柔性传动系统的串联模型;根据柔性传动平台的应用需求,结合位置环控制方法实验验证了该方法对柔性传动系统的有效控制。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273

【参考文献】