基于二自由度理论和内模原理的高速高精度伺服控制器综合设计方法

发布时间：2016-11-23 08:29

  本文关键词：基于二自由度理论和内模原理的高速高精度伺服控制器综合设计方法，由笔耕文化传播整理发布。

《北京交通大学》 2015年

基于二自由度理论和内模原理的高速高精度伺服控制器综合设计方法

李泽源  

【摘要】：高速高精度运动控制是装备制造业的核心技术。随着制造业产品的小型化、集成化及绿色、节能等可持续发展观念的普及,制造装备的性能和效率指标需求日益提高。所以,高速高精度伺服控制系统面临着极大的挑战。 高速高精度运动控制器的设计有两个关键点：首先,尽量增大系统的环路带宽,使其快速准确地响应指令信号且没有超调量;其次,补偿系统模型的不确定成分及外部扰动,使系统在全频率范围内稳定运行。本文分析了制造装备中高速高精度伺服控制系统的模型特点,针对它们的运行模式和被控对象模型阐述了控制器的综合设计方法,以焊线机X-Y平台和永磁同步电机拖动平台为实验对象验证了算法的有效性,提高了伺服系统的响应速度和定位精度。本文的主要研究内容如下： (1)对永磁同步电机和音圈电机进行了数学建模,基于差分方程、传递函数和状态空间方程描述了伺服控制系统的动力学模型。 (2)阐述了高精度快响应的电流环控制器综合设计方法。分析和验证了两种电流PI调节器和解耦补偿算法,提出了简单实用的死区补偿及电压过调制补偿算法,并通过了仿真和实验验证。阐述了数字低通滤波器和陷波滤波器的设计方法。 (3)阐述了高速高精度伺服速度控制器的综合设计方法。基于二自由度控制器双环路结构提出了改进型速度IP控制器,该控制器可以通过前馈参数调节系统的闭环零点,在环路带宽不变的前提下提高系统响应速度。同时,为了消除系统的相位延迟和采样噪声,提出了一种速度预估观测器与二自由度速度控制器结合的算法,仿真和实验证明当速度指令在350mm/s时跟踪精度达到2mm/s。 (4)阐述了高精度高加速度伺服位置控制器的综合设计方法。针对系统的扰动和模型不确定性问题,提出了基于扰动观测器和相位延迟补偿的二自由度位置控制器。仿真和实验证明,在6.5g的加速度下,位置控制精度可以达到5um。同时,提出了插入式数字重复控制器的一般结构和一种便于应用的重复控制系统鲁棒性判据,改进了稳定补偿器的设计方法,提高了系统鲁棒性,系统对重复位置指令的跟踪误差仅为1nm。 本文根据二自由度控制原理和内模原理,提出了高速高精度伺服系统的控制器综合设计方法,在理论和实践研究中取得了一定的成果。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273
【目录】：

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