角加速度控制系统设计研究

论文摘要

本文主要针对角加速度伺服控制系统进行了设计研究,以典型机电伺服系统为背景,针对被控对象中存在的非线性摩擦、干扰力矩和负载变化等问题,在对加速度反馈性能进行研究的基础上,应用滑模控制理论结合角加速度反馈对该伺服控制系统进行设计,研究的内容主要在以下几个方面:(1)角加速度伺服性能分析。针对伺服系统中存在的主要控制难点,分析了加速度反馈对系统性能的改善,说明了加速度反馈控制是一种基于传感器的鲁棒控制策略。(2)角加速度观测器的设计。基于角位置测量元件,设计了基于最小二乘法的FIR滤波和卡尔曼滤波估计器,并与常规的微分算法做了对比研究,指出在带宽要求不高的场合下可满足使用要求;并基于滑模控制方法设计了边界层观测器,仿真表明其具有良好的动态观测能力及鲁棒观测性。(3)基于角加速度反馈的滑模控制器设计。首先介绍了一般的PDD2控制方法及缺点,然后给出了基于角加速度反馈的滑模控制器设计方法。加速度反馈与滑模控制相结合,可以更好地抑制系统中的不确定性和外扰,提高系统性能。(4)角加速度控制器在转台系统中的应用。将上述设计的控制系统应用到角加速度仿真转台系统中,仿真结果表明,基于直接测量角加速度反馈的滑模控制器具有控制精度高、适应性好以及抑制干扰能力强的优点,而基于观测器反馈的伺服方法不能完全抑制摩擦力的影响,因而对于角加速度控制则存在一定的缺陷性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 加速度观测器的研究现状
• 1.2.2 基于加速度反馈的控制策略研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 论文章节安排
• 第2章 角加速度伺服特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 典型机电伺服系统中的主要控制问题
• 2.2.1 本文的研究对象
• 2.2.2 伺服系统中存在的主要控制问题
• 2.3 带有干扰力矩/负载变化的角加速度反馈特性分析
• 2.3.1 角加速度反馈控制的基本原理
• 2.3.2 抗负载变化和抗扰性能分析
• 2.4 角加速度反馈对机械谐振的抑制
• 2.5 角加速度反馈对非线性摩擦的抑制作用分析
• 2.5.1 摩擦的动态过程和特性
• 2.5.2 角加速度反馈对非线性摩擦的抑制
• 2.6 本章小结
• 第3章 角加速度观测器设计
• 3.1 引言
• 3.2 基于滤波理论的角加速度估计器设计
• 3.2.1 基于最小二乘法的FIR滤波加速度估计
• 3.2.2 基于卡尔曼滤波的加速度估计
• 3.2.3 角加速度估计性能对比
• 3.3 基于状态观测理论的边界层观测器设计
• 3.3.1 观测器的结构
• 3.3.2 边界层观测器的设计
• 3.3.3 仿真结果对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于滑模控制的角加速度控制系统设计
• 4.1 引言
• 2控制分析'>4.2 PDD²控制分析
• 4.3 基于角加速度反馈的滑模控制器设计
• 4.3.1 滑模变结构控制
• 4.3.2 滑模切换函数的选择
• 4.3.3 滑模控制量的求取
• 4.3.4 基于角加速度反馈的系统控制器设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 角加速度反馈在转台控制系统设计中应用
• 5.1 引言
• 5.2 转台伺服系统控制器设计
• 5.3 基于传感器直接测量的角加速度反馈系统性能分析
• 5.3.1 角位置跟踪性能
• 5.3.2 角加速度跟踪性能
• 5.4 基于边界层观测器的系统性能仿真与分析
• 5.4.1 存在摩擦时的角加速度跟踪
• 5.4.2 负载变化时的角加速度跟踪
• 5.4.3 角加速度跟踪的动态响应
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢