伺服系统的消隙抑振研究

论文摘要

伺服系统中存在的齿隙非线性极大地降低了控制系统的性能,甚至导致系统不稳定。此外,在大惯量功率伺服系统中,机械谐振的存在严重影响整个伺服系统的稳定性,限制系统带宽。因此,研究抑制齿隙以及机械谐振对系统影响的控制方法具有重要意义。本文对伺服系统中的齿隙非线性特性和机械谐振现象进行了分析,重点研究了消除齿隙和抑制谐振的控制方法,主要内容有:1)通过机理分析法,建立了不含齿隙和含齿隙的单电机驱动系统动力学模型,运用描述函数法分析了齿隙非线性对系统性能的影响,通过仿真研究,对比分析了含齿隙和不含齿隙的伺服系统在跟踪不同信号时的响应特性。2)针对单电机驱动系统,分别研究了齿隙逆模型补偿、角差反馈控制方法来减小齿隙非线性对系统性能的影响;针对双电机系统,运用速度差反馈补偿、基于降阶模型的控制方法来减小齿隙非线性因素对系统的影响,仿真验证了所采用控制方法的可行性。3)针对大惯量伺服系统,分析了机械谐振产生的原因。针对单电机系统,分别采用速度差反馈和状态反馈两种控制方法来抑制系统的机械谐振:针对双电机系统,分别采用基于力矩反馈和基于状态观测器的方法来抑制机械谐振。仿真验证了所采用控制方法在抑制系统机械谐振方面的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 伺服系统消隙抑振国内外研究现状
• 1.2.1 齿隙非线性系统研究现状
• 1.2.2 伺服系统谐振抑制国内外研究现状
• 1.3 本文所做工作
• 2 含齿隙的伺服系统建模及性能分析
• 2.1 齿隙非线性模型
• 2.1.1 齿隙的迟滞模型
• 2.1.2 齿隙的死区模型
• 2.1.3 齿隙的振冲模型
• 2.2 含齿隙的驱动系统建模
• 2.2.1 不含齿隙的驱动系统建模
• 2.2.2 含齿隙的驱动系统建模
• 2.2.3 含齿隙的双电机驱动系统建模
• 2.3 齿隙非线性对系统稳定性的影响
• 2.3.1 齿隙非线性系统的描述函数分析
• 2.3.2 齿隙环节引起极限环振荡的物理过程分析
• 2.4 含齿隙伺服系统仿真研究
• 2.5 本章小结
• 3 伺服系统消隙控制方法研究
• 3.1 单电机伺服系统消隙控制方法研究
• 3.1.1 齿隙逆模型补偿法
• 3.1.2 角差反馈控制方法
• 3.2 双电机同步联动伺服系统消隙控制方法研究
• 3.2.1 电机与负载角速度差反馈
• 3.2.2 基于降阶模型的补偿控制
• 3.3 本章小结
• 4 伺服系统机械谐振抑制研究
• 4.1 伺服系统机械谐振分析
• 4.1.1 单电机驱动系统的机械谐振分析
• 4.1.2 双电机驱动系统的机械谐振分析
• 4.2 单电机伺服系统抑振方法研究
• 4.2.1 差速反馈抑振方法研究
• 4.2.2 基于状态反馈控制器的抑振方法研究
• 4.3 双电机驱动系统的机械谐振抑制方法研究
• 4.3.1 基于力矩反馈抑振方法研究
• 4.3.2 基于状态观测器的抑振方法研究
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献