含齿隙环节伺服系统的反步自适应控制

论文摘要

齿隙普遍存在于机电伺服系统中,它不仅降低了系统的跟踪精度,引起传动误差,而且造成系统的冲击和振荡,严重损坏了系统的动态性能,导致系统不稳定。为此,本文研究了机电伺服系统基于反步积分自适应控制算法的齿隙补偿问题。本文首先介绍了齿隙非线性的几种常见模型,并建立了近似齿隙死区模型来代替传统死区模型,不但解决了传统死区函数不可微的问题,而且由于考虑了系统的等效刚度和阻尼,比传统的迟滞模型更能真实地描述齿隙非线性;其次,针对典型的机电伺服系统,基于非线性块反步积分控制算法,引入参数自适应机制设计了基于状态反馈的反步自适应控制器,通过构造适当的Lyapunov函数并逐级反推得到控制律,保证了参数估值的收敛性和系统的全局稳定性;在此基础上,进行了仿真分析并采用伺服实验台进行了实验测试,结果表明:与传统PID控制比较,反步自适应控制方法显著提高了系统的跟踪精度并增加了伺服带宽,明显减小了齿轮转向时的冲击和振荡,对齿隙非线性实现了有效的补偿。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的目的和主要研究内容
• 第二章 齿隙建模及补偿
• 2.1 齿隙模型
• 2.1.1 迟滞模型
• 2.1.2 死区模型
• 2.1.3 “振-冲”模型
• 2.1.4 近似死区模型
• 2.2 齿隙补偿方法
• 2.2.1 逆模型补偿
• 2.2.2 最优控制补偿
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于反步积分方法的系统自适应控制设计
• 3.1 反步积分法
• 3.2 基于伺服系统的反步自适应控制
• 3.2.1 伺服系统建模
• 3.2.2 非线性块反步设计
• 3.2.3 反步自适应控制器设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 仿真结果分析
• 4.1 仿真建模
• 4.1.1 PID 控制原理
• 4.1.2 仿真系统建模
• 4.2 仿真结果分析
• 4.2.1 系统跟踪性能分析
• 4.2.2 系统自适应性能分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 实验分析
• 5.1 伺服系统实验
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 实验过程
• 5.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 论文存在的不足和研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果
• 附录 A
• 附录 B