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机械臂专用伺服系统设计与抗扰策略研究

发布时间:2021-11-10 18:10
  随着制造业的快速发展,工业机械臂被广泛应用于搬运、组装等领域,其关节部分主要由伺服系统控制器、伺服电机、传动装置以及传感器组成,伺服系统动态性能的好坏在一定程度上决定了机械臂的运行性能。高性能的工业机械臂系统在满足动态响应速度快、定位精度高、运行稳定、抗扰动能力强等要求的同时,还需要考虑系统传动链转矩及时变的负载转矩(悬臂结构重力转矩)扰动问题。因此,本文根据机械臂工作要求与特点,对机械臂专用伺服系统进行设计与研究。首先对刚性机械臂伺服系统进行分析与优化设计。建立、分析系统传递函数模型,依次对位置环、转速环、电流环各环的控制器与结构进行分析与优化。电流环采用电流前馈解耦方式实现交轴、直轴电流动态解耦,增强电流动态跟踪性能;转速环采用PDFF控制方式,使系统转速快速响应、超调量小甚至无超调,并且系统有良好的转速跟踪精度;位置环采用前馈比例复合控制方式,加快系统动态响应速度的同时,减小系统位置跟随误差。其次,针对机械臂关节传动链及时变负载转矩扰动造成系统转速动态波动,进而影响位置控制精度的问题,提出一种嵌入动转矩闭环的控制策略。对控制系统结构进行设计,并对其工作原理进行分析。仿真结果表明,... 

【文章来源】:沈阳工业大学辽宁省

【文章页数】:74 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

机械臂专用伺服系统设计与抗扰策略研究


PMSM转子结构

结构图,轴系,结构图,绕组


第2章PMSM建模分析及控制方式7图2.2ABC轴系下面装式PMSM结构图Fig.2.2StructurediagramofsurfacemountedPMSMinABCshafting由图2.2可得三相绕组的电压方程为:AAsABBsBCCsCdddddduRituRituRit(2.1)Au、Bu、Cu、Ai、Bi、Ci为三相绕组相电压、相电流,分别构成定子电压矢量su、定子电流矢量si;sR为相电阻;A、B、C为三相绕组的全磁链,可表示为:AAABACAfABBABBCBfBCCACBCCfCLLLiLLLiLLLi(2.2)fA、fB、fC为永磁励磁磁场链经过三相绕组产生的磁链,构成转子磁链矢量fψ。AL、BL、CL为三相绕组的自感,CBBCCAACBAAB、、、、、LLLLLL为三相绕组的互感,自感与互感均为恒定值:Bm1sCALLLLL(2.3)m1om1CBBCCAACBAAB21cos120LLLLLLLL(2.4)sL、m1L为相绕组的漏电感和励磁电感。若定子三相绕组为Y接,且无中线引出,则ABCiii0,将式(2.2)表示为:fCfBfACBAsfCfBfACBAmsσCBA)(iiiLiiiLL(2.5)

模型图,模型图,坐标系,轴系


沈阳工业大学硕士学位论文8其中mm132LL,为等效励磁电感;ssmLLL,为同步电感。电机定子磁链矢量s表达式为:sssfψLiψ(2.6)将式(2.1)变为矢量方程形式:ssssddRtψui(2.7)将式(2.6)代入式(2.7)可得:sfsssssefdddjdddsssRLRLωtttiψiuiiψ(2.8)其中,efjωψ为转子磁场旋转产生的感应电动势,又称为反电动势0e。由以上公式可知,电机的磁链与电压方程在ABC轴系中具有非线性时变的特点,因此分析电机的动态特性时,有一定的复杂程度。可以采用坐标变换方式,将ABC轴系中的数学模型转换到基于转子磁场定向的同步旋转dq轴系中,目的是便于分析电机的稳态、动态性能。dq轴系下PMSM等效模型如图2.3所示。图2.3dq坐标系下面装式PMSM模型图Fig.2.3StructurediagramofsurfacemountedPMSMindqshaftingd轴与A轴重合,方向与f一致,q轴逆时针超前d轴90°空间电角度,dq轴同步以e旋转。d轴电流为纯励磁分量,绕组等效为励磁绕组;q轴电流为纯转矩分量,绕组等效为电枢绕组。励磁电流与转矩电流解耦,便于控制,dq轴系电压、磁链方程为:ddsdeqqqsqedddddψuRiωψtψuRiωψt(2.9)dddfqqqLiLi(2.10)

【参考文献】:
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本文编号:3487706

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