含齿隙双惯量伺服传动系统切换反步控制方法研究

发布时间：2021-11-19 10:11

　　机械齿隙是一种不可微的强非线性,普遍存在于伺服传动系统当中,它的存在会导致伺服系统产生机械振荡,加速机械零件劣化,产生机械噪声,并且在齿隙结束时刻驱动侧与从动侧之间由于转速不匹配还会产生冲击振荡。如果不对这种强非线性加以抑制,会严重影响伺服系统性能。为了解决这一问题,本文提出一种基于反步控制理论和时间最优控制理论的切换反步控制策略。本文首先介绍了永磁同步电机不同坐标系下的数学模型、齿间间隙数学模型、双惯量传动系统数学模型以及基于矢量控制的全闭环伺服传动系统。其次,分析了齿隙非线性环节的特性及影响,针对齿隙造成的振荡问题,研究了一种切换反步控制策略。该策略在系统的齿隙阶段和齿轮咬合阶段分别采取不同的控制方式。在齿轮咬合期间,采用基于双惯量系统数学模型的全闭环反步控制器;在齿隙期间,采用基于时间最优理论的时间最优控制器。为了确保切换动作的准确进行,设计了切换环节来准确切换两种控制器。最后,在以DSP+FPGA为核心控制芯片的双惯量伺服传动系统硬件实验平台上,对切换反步控制器进行正确性和有效性验证。实验结果表明,该方法可以有效地抑制齿隙非线性,且具有良好的系统性能。 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

齿隙调Fig.6-2Backlashad

西安理工大学硕士学位论文386实验验证6.1实验平台图6-1为含齿隙双惯量伺服系统的实验平台，下面将在此平台上验证本文提出的控制方法。实验平台由上位机、驱动器（主电路与控制电路）、双惯量系统和齿隙调节装置构成。基于RENESAS-DSP-SH2A和Lattice-FPGA搭建伺服驱动器，在控制板上用C语言编写控制算法。机械传动装置由驱动电机、负载电机、惯量盘和齿隙（可调）组成。从动侧最多可安装三个相同的惯量盘，驱动侧最多可安装一个。此外，齿隙的可调范围为0-12.5度。驱动电机和负载电机分别装有编码器。驱动侧的速度直接反馈给速度回路，从动侧的位置信号直接反馈给位置回路。齿隙调节装置的结构示意图如图6-2所示，将三个圆盘扣在一起并安装在传动轴上，通过圆盘上的小圆孔来径向定位装置以实现齿隙可调。伺服电机和机械传动装置的各参数见表6-1。UppermonitorControlboardLoadmotorlywheelacklashFDrivemotorB图6-1实验平台Fig.6-1Experimentalplatform为了方便齿隙调节装置的原理，将其分解开后的示意图展示如下：图6-2齿隙调节装置Fig.6-2Backlashadjustmentdevice

【参考文献】：
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本文编号：3504828