论文题目: 直流PWM伺服系统低速平稳性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 翟百臣
导师: 陈涛
关键词: 脉宽调制,低速,摩擦模型,自适应摩擦补偿,摩擦观测器
文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 直流PWM 伺服系统低速平稳性影响跟踪系统的精度,随着精密跟踪技术的发展,对跟踪系统性能和精度的要求不断提高,相应的要求提高伺服系统的精度。但伺服系统精度的提高却受到非线性摩擦力矩等干扰力矩的限制。因此设计高性能PWM 放大器、研究伺服系统的摩擦力矩和补偿方法,对研制结构简单且性能优良的精密直流伺服系统具有重要的应用价值。本文以718 模型转台为实验对象,针对系统中存在的非线性摩擦影响,从理论上对摩擦对伺服系统的影响进行了分析,研究了基于LuGre 摩擦模型的补偿方法,研制了基于智能率模块IPM 的PWM 功率放大器,通过实验分析了PWM功率放大器对伺服系统低速性能的影响。最后将基于LuGre 摩擦模型的补偿方法在718 转台上进行了实验验证。针对摩擦对系统低速性能的影响,提出了非平滑Lyapunov 函数的分析方法,分析了带有摩擦的伺服系统的稳定性,从理论上给出了系统不出现低速爬行的充分条件。针对摩擦模型参数未知的情况下,给出了模型参数递推估计的辨识方法,设计了LuGre 摩擦观测器,根据自适应控制理论,推导出基于LuGre 摩擦模型的自适应控制器,最后应用前面辨识出的摩擦力矩和LuGre 摩擦模型参数,就观测器摩擦补偿和自适应摩擦补偿进行仿真研究,给出了仿真结果。以光电精密跟踪实验室718 转台为研究对象,对系统的主要性能参数进行了测试。采用C 语言实现LuGre 摩擦观测器和基于LuGre 摩擦模型的自适应控制器的设计,对系统中的摩擦影响进行补偿,给出系统的运行曲线,并比较采用几种不同补偿方法时系统的输出特性。实验结果表明,利用本文提出的LuGre 摩擦模型自适应补偿有效地抑制非线性摩擦对系统输出造成的影响,从而提高了系统的低速运行特性。最后分析了双极PWM 功率放大器的工作原理和电枢电流的大小和规律,探讨了PWM 伺服系统中电机的微振特性,以及PWM 延时死区对伺服系统低速性能的影响。最后针对PWM 功率放大器对伺服系统低速性能影响做了实验研究,验证了双极模式能够改善系统的低速性能。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
图表索引
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 摩擦与摩擦模型
1.2.1 摩擦的动态过程及其特性
1.2.2 摩擦环节的数学模型
1.3 摩擦补偿的发展现状
1.3.1 基于非模型的摩擦补偿研究
1.3.2 基于模型的摩擦补偿研究
1.3.3 基于智能控制的摩擦补偿研究
1.4 论文主要研究内容
第二章 摩擦对伺服系统低速平稳性能的影响研究
2.1 引言
2.2 影响直流伺服系统低速稳定性的因素分析
2.2.1 摩擦力矩分析
2.2.2 波动力矩分析
2.2.3 其它因素分析
2.3 基于摩擦模型的直流伺服系统模型的建立
2.4 伺服系统模型参数估计和辨识
2.4.1 系统模型参数估计
2.4.2 LuGre 摩擦模型的参数估计
2.5 带有摩擦的伺服系统稳定性研究
2.5.1 爬行现象的描述
2.5.2 直流伺服系统的稳定性研究
2.6 本章小结
第三章 基于软件的LuGre 摩擦模型的低速补偿研究
3.1 引言
3.2 基于固定参数LuGre 摩擦模型的补偿研究
3.2.1 LuGre 摩擦模型的数学描述
3.2.2 基于固定参数的摩擦补偿研究
3.3 基于可调参数LuGre 摩擦模型的自适补偿研究
3.3.1 自适应控制理论
3.3.2 基于LuGre 摩擦模型的自适应非线性控制器设计
3.4 仿真示例
3.5 本章小结
第四章 基于软件的LuGre 摩擦模型低速补偿的实验研究
4.1 引言
4.2 转台伺服系统物理组成
4.2.1 718 转台的物理模型
4.2.2 PWM 功率放大器
4.2.3 位置和速度测量装置
4.2.4 计算机控制系统及其外围电路接口
4.3 转台伺服系统模型参数估计
4.3.1 718 转台频率特性测试
4.3.2 摩擦力矩测试
4.3.3 LuGre 摩擦模型参数估计
4.3.4 最低平稳速度测量
4.4 转台伺服系统摩擦补偿的实验研究
4.4.1 PID 补偿时的实验研究
4.4.2 LuGre 摩擦观测器补偿时的实验研究
4.4.3 LuGre 模型自适应摩擦补偿时的实验研究
4.5 本章小结
第五章 基于硬件PWM 功放的低速补偿的理论与实验研究
5.1 引言
5.2 双极模式PWM 功放对系统低速性能的影响分析
5.2.1 双极模式PWM 功放的工作原理
5.2.2 双极模式PWM 电机运行时的电枢电流分析
5.2.3 双极模式PWM 电机运行时的微振特性分析
5.3 PWM 信号延时造成的死区对系统低速性能的影响
5.4 PWM 功放对系统低速性能的影响的实验研究
5.4.1 基于IPM 的PWM 功率放大器的研制
5.4.2 实验结果与分析
5.5 本章小结
第六章 结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
作者简历
博士学位论文原创性声明
发布时间: 2006-03-14
参考文献
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