基于有限时间速度观测器的伺服系统双回路控制设计

发布时间：2024-12-23 22:29

　　随着航天科技的发展,越来越多的伺服机构应用于飞船或者卫星等航天器之上,发挥着越来越重要的作用,例如空间机械臂,对地观测和通信用的二维转台等。随着航天器寿命的增加,空间任务的复杂度的提升,人们对空间伺服结构也提出了高精度长寿命的要求。太空中的温差大、真空等特殊环境使得空间伺服机构轴承摩擦系数会发生显著变化,再加上多自由度伺服机构存在的惯量耦合问题的问题使得空间伺服机构的存在较大的模型摄动。另外,多数空间伺服机构都工作在小惯量和低速的条件下,摩擦死区的影响较为严重。如何通过控制方法上的改进,提升伺服机构对大温差,润滑脂挥发以及惯量耦合引起的模型变化的适应能力,真正实现小惯量低速条件下的高精度控制是一个具有实际意义的课题。本文以解决上述问题为目标,提出了速度加位置的双回路控制方案,通过有限时间观测器来提升速度信号精度;采用自校正控制来设计速度回路以适应模型参数变化并克服摩擦的影响;设计复合控制来提升外回路的性能。论文的具体工作如下:首先,分析了有限时间稳定理论和有限时间观测器的基本原理,针对伺服系统的特点,选取了一种基于有限时间收敛函数的有限时间速度观测器,并给出了基于线性矩阵不等式观测器参数...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 低速小惯量电机伺服系统控制问题研究现状
        1.2.2 有限时间观测器研究现状
        1.2.3 自校正控制研究现状
        1.2.4 双回路控制研究现状
    1.3 论文的主要研究内容及章节安排
第2章 有限时间速度观测器的设计
    2.1 引言
    2.2 有限时间观测器的原理与设计
        2.2.1 有限时间稳定基本理论
        2.2.2 有限时间速度观测器设计
        2.2.3 一种通用的有限时间观测器形式及参数计算方法
    2.3 电机伺服系统有限时间观测器的设计
        2.3.1 电机伺服系统建模
        2.3.2 电机伺服系统有限时间观测器的设计
    2.4 本章小结
第3章 不同条件下有限时间速度观测器的性能分析
    3.1 引言
    3.2 摩擦及噪声条件下的性能验证与分析
        3.2.1 摩擦力矩的建模
        3.2.2 有限时间速度观测器观测效果验证
    3.3 速度闭环控制情形下的性能对比分析
    3.4 本章小结
第4章 速度内回路自校正控制器设计
    4.1 引言
    4.2 自校正PID控制基本原理
        4.2.1 PID控制的基本原理
        4.2.2 基于最小二乘的系统参数辨识
        4.2.3 基于极点配置的控制参数计算方法
    4.3 自校正控制器的设计
        4.3.1 最小二乘参数辨识错误问题分析
        4.3.2 自校正控制器验证环节的设计
    4.4 仿真验证
    4.5 本章小结
第5章 基于有限时间速度观测器的双回路控制及仿真
    5.1 引言
    5.2 带有速度加速度前馈的外回路超前滞后控制器设计
        5.2.1 超前滞后控制器设计
        5.2.2 速度加速度前馈设计
    5.3 基于有限时间速度观测器的双回路控制仿真
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：4019892