伺服系统惯量识别及谐振抑制方法研究

论文摘要

伺服系统运行过程中的负载惯量变化容易造成经典控制器参数的不匹配,从而导致控制性能恶化;柔性伺服系统谐振严重侵蚀系统稳定裕度与带宽。因此,高性能伺服系统需要具备负载惯量辨识及谐振抑制能力。本文通过理论分析,仿真及实验对伺服系统负载惯量辨识及柔性伺服系统谐振抑制的方法进行了较为深入地研究。首先,论文在对伺服系统负载惯量辨识的模型参考自适应法(Model Reference Adaptive Method,简称MRA)、最小二乘法(含系列衍生算法)进行较为详尽的理论分析的基础上,利用SIMULINK软件建立起的交流永磁同步伺服电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)系统仿真模型对这两种辨识方法进行了仿真研究,并在实验室现有伺服系统试验平台上实现了基于这两种辨识方法的实际系统的负载惯量辨识。研究表明:MRA辨识法的收敛速度与辨识精度不能兼顾,适用于刚性伺服系统缓变负载惯量的离线辨识;最小二乘辨识法收敛速度快,精度高,收敛值波动小,适用于小扰动转矩下刚性伺服系统快变负载惯量的在线辨识。作者并提出了一种快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,简称FFT)惯量辨识法。FFT惯量辨识法原理简单、辨识精度高。辨识实验表明:该方法对柔性伺服系统负载惯量的在线辨识具有较大的实用意义。其次,针对伺服系统柔性传动引起的谐振现象,通过理论分析及实验对无限冲击响应(Infinite Impulse Response,简称IIR)滤波抑振法(含低通滤波法、双二阶滤波法、陷波滤波法)进行了较为深入的研究,研究表明:在抑振的可靠性上,低通滤波法优于陷波滤波法,陷波滤波法优于双二阶滤波法;在提高系统带宽上,陷波滤波法优于双二阶滤波法,双二阶滤波法优于低通滤波法。研究结论可为实际伺服系统中的抑振滤波器选型提供指导。最后,本文利用SIMULINK软件建立起了PMSM柔性伺服系统仿真模型,通过理论分析及计算机仿真对基于加速度观测器的加速度反馈抑振法进行了较为深入的研究,并在实验室现有PMSM伺服系统柔性负载试验平台上初步实现了基于该方法的实际伺服系统的谐振抑制。论文研究结果可实际应用于高性能伺服系统中,以提高系统性能指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 伺服系统负载参数辨识方法综述
• 1.3 伺服系统谐振抑制方法综述
• 1.4 电机控制的数字化与先进控制策略的实现
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 伺服系统惯量识别方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 系统参数辨识的基本原理
• 2.3 MRA法负载惯量辨识研究
• 2.3.1 MRA法参数辨识原理
• 2.3.2 MRA负载惯量辨识的算法实现
• 2.3.3 MRA负载惯量辨识的仿真研究
• 2.3.4 MRA负载惯量辨识的实验研究
• 2.4 最小二乘法负载惯量辨识研究
• 2.4.1 最小二乘法参数辨识原理
• 2.4.2 最小二乘负载惯量辨识的算法实现
• 2.4.3 最小二乘法负载惯量辨识的仿真研究
• 2.4.4 最小二乘法负载惯量辨识的实验研究
• 2.5 FFT分析法负载惯量辨识研究
• 2.5.1 FFT分析法负载惯量辨识原理
• 2.5.2 FFT分析法负载惯量辨识的实验研究
• 2.6 三种惯量辨识法效果对比分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 伺服系统谐振抑制方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 伺服系统谐振机理研究
• 3.2.1 柔性伺服系统的谐振方程
• 3.2.2 伺服电机轴端谐振与负载端谐振的关系
• 3.3 伺服系统柔性负载试验台性能测试与分析
• 3.4 IIR滤波抑振研究
• 3.4.1 低通滤波抑振研究
• 3.4.2 陷波滤波抑振研究
• 3.4.3 双二阶滤波抑振研究
• 3.4.4 三种滤波抑振法效果对比分析
• 3.5 加速度反馈抑振研究
• 3.5.1 加速度反馈抑振原理
• 3.5.2 Luenberger加速度观测器
• 3.5.3 加速度反馈抑振的仿真研究
• 3.5.4 加速度反馈抑振的实验研究
• 3.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢