發(fā)布時(shí)間：2016-11-23 08:29

  本文關(guān)鍵詞：基于二自由度理論和內(nèi)模原理的高速高精度伺服控制器綜合設(shè)計(jì)方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京交通大學(xué)》 2015年

基于二自由度理論和內(nèi)模原理的高速高精度伺服控制器綜合設(shè)計(jì)方法

李澤源  

【摘要】：高速高精度運(yùn)動(dòng)控制是裝備制造業(yè)的核心技術(shù)。隨著制造業(yè)產(chǎn)品的小型化、集成化及綠色、節(jié)能等可持續(xù)發(fā)展觀念的普及,制造裝備的性能和效率指標(biāo)需求日益提高。所以,高速高精度伺服控制系統(tǒng)面臨著極大的挑戰(zhàn)。 高速高精度運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：首先,盡量增大系統(tǒng)的環(huán)路帶寬,使其快速準(zhǔn)確地響應(yīng)指令信號(hào)且沒有超調(diào)量;其次,補(bǔ)償系統(tǒng)模型的不確定成分及外部擾動(dòng),使系統(tǒng)在全頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。本文分析了制造裝備中高速高精度伺服控制系統(tǒng)的模型特點(diǎn),針對(duì)它們的運(yùn)行模式和被控對(duì)象模型闡述了控制器的綜合設(shè)計(jì)方法,以焊線機(jī)X-Y平臺(tái)和永磁同步電機(jī)拖動(dòng)平臺(tái)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象驗(yàn)證了算法的有效性,提高了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和定位精度。本文的主要研究內(nèi)容如下： (1)對(duì)永磁同步電機(jī)和音圈電機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,基于差分方程、傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間方程描述了伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。 (2)闡述了高精度快響應(yīng)的電流環(huán)控制器綜合設(shè)計(jì)方法。分析和驗(yàn)證了兩種電流PI調(diào)節(jié)器和解耦補(bǔ)償算法,提出了簡單實(shí)用的死區(qū)補(bǔ)償及電壓過調(diào)制補(bǔ)償算法,并通過了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。闡述了數(shù)字低通濾波器和陷波濾波器的設(shè)計(jì)方法。 (3)闡述了高速高精度伺服速度控制器的綜合設(shè)計(jì)方法�；�于二自由度控制器雙環(huán)路結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)型速度IP控制器,該控制器可以通過前饋參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的閉環(huán)零點(diǎn),在環(huán)路帶寬不變的前提下提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。同時(shí),為了消除系統(tǒng)的相位延遲和采樣噪聲,提出了一種速度預(yù)估觀測器與二自由度速度控制器結(jié)合的算法,仿真和實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)速度指令在350mm/s時(shí)跟蹤精度達(dá)到2mm/s。 (4)闡述了高精度高加速度伺服位置控制器的綜合設(shè)計(jì)方法。針對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)和模型不確定性問題,提出了基于擾動(dòng)觀測器和相位延遲補(bǔ)償?shù)亩�自由度位置控制器。仿真和�?shí)驗(yàn)證明,在6.5g的加速度下,位置控制精度可以達(dá)到5um。同時(shí),提出了插入式數(shù)字重復(fù)控制器的一般結(jié)構(gòu)和一種便于應(yīng)用的重復(fù)控制系統(tǒng)魯棒性判據(jù),改進(jìn)了穩(wěn)定補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法,提高了系統(tǒng)魯棒性,系統(tǒng)對(duì)重復(fù)位置指令的跟蹤誤差僅為1nm。 本文根據(jù)二自由度控制原理和內(nèi)模原理,提出了高速高精度伺服系統(tǒng)的控制器綜合設(shè)計(jì)方法,在理論和實(shí)踐研究中取得了一定的成果。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP273
【目錄】：

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