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多电机同步联动消隙伺服系统动力学建模与控制研究

作　者: 袁新星
导　师: 郭健
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 伺服系统 齿隙 多电机 同步联动 自适应鲁棒 反步法
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


本文以国家自然科学基金项目——基于多电机同步联动消除齿隙的大功率伺服系统动力学建模与控制研究为背景,针对具有传动齿隙的大功率电机传动系统,研究基于多电机同步联动消除齿隙的伺服系统建模和控制。利用机理分析法,分别建立了不含齿隙的单电机驱动系统、不含齿隙的双电机联动系统和含齿隙的施加偏置电压的双电机联动系统的动力学模型,并对模型进行了比较和分析,通过仿真验证了所建立模型的有效性。针对具有传动齿隙的单电机驱动系统模型,将齿隙模型分为线性和非线性两部分,使用反步(Backstepping)设计法,设计了基于状态反馈的反步自适应鲁棒控制器,实现闭环系统信号有界,且跟踪误差保持在期望的精度范围内,理论分析和仿真结果均验证了算法的有效性。单电机系统无法从物理上完全消除齿隙影响,为此针对施加了偏置力矩的双电机联动消隙系统模型,通过引入合适的虚拟输入,逐步递推选择控制李雅普诺夫函数,在含有参数不确定性、未建模动态的情况下,设计了基于反步法的自适应鲁棒控制器,实现闭环系统信号有界、跟踪误差保持在期望精度范围内,理论分析和仿真结果均验证了算法的有效性。针对测量噪声的问题,将期望补偿自适应鲁棒控制算法引入到双电机自适应鲁棒控制的反步设计中,在保持原有算法动静态性能的基础上,降低了测量噪声对闭环控制系统的影响。理论证明和仿真分析验证了算法的有效性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题研究背景和意义  8
  1.2 齿隙非线性研究现状  8-11
    1.2.1 齿隙非线性的建模研究  9
    1.2.2 齿隙非线性的控制研究  9-11
  1.3 多电机联动伺服系统研究现状  11-12
  1.4 论文主要研究内容  12-13
2 具有传动齿隙的双电机联动系统动力学建模  13-25
  2.1 不含传动齿隙单电机驱动系统建模  13-16
    2.1.1 单电机驱动系统结构  13
    2.1.2 单电机驱动系统动力学方程  13-16
  2.2 不含齿隙的双电机联动系统建模  16-18
    2.2.1 双电机联动系统结构  16
    2.2.2 双电机联动系统的动力学方程  16-18
  2.3 含传动齿隙的双电机联动系统建模  18-20
    2.3.1 齿隙模型的比较与选择  19
    2.3.2 含齿隙双电机联动系统模型的建立  19-20
  2.4 施加偏置电压含传动齿隙双电机联动系统  20-21
    2.4.1 双电机联动系统电消隙过程  20-21
    2.4.2 施加偏置电压双电机系统模型  21
  2.5 系统模型验证  21-24
    2.5.1 双电机仿真模型  22
    2.5.2 仿真结果  22-24
  2.6 本章小结  24-25
3 具有传动齿隙单电机驱动系统的反步自适应鲁棒控制设计  25-44
  3.1 系统模型简化与转换  25-27
    3.1.1 简化系统模型的建立  25-26
    3.1.2 状态空间模型的建立  26-27
  3.2 控制器的设计  27-35
    3.2.1 系统假设  27-28
    3.2.2 控制器反步设计  28-32
    3.2.3 投影函数的选择  32-33
    3.2.4 鲁棒控制项的选择  33-35
  3.3 稳定性分析  35-37
  3.4 仿真研究  37-43
    3.4.1 跟踪性能验证  37-41
    3.4.2 算法鲁棒性验证  41-42
    3.4.3 理想情况渐近跟踪验证  42-43
  3.5 本章小结  43-44
4 具有传动齿隙双电机联动系统的反步自适应鲁棒控制设计  44-58
  4.1 双电机系统模型简化与转换  44-46
    4.1.1 简化双电机系统模型的建立  44
    4.1.2 双电机系统状态空间模型的建立  44-46
  4.2 控制器的设计  46-51
    4.2.1 系统假设  46-47
    4.2.2 控制器反步设计  47-51
  4.3 稳定性分析  51-52
  4.4 仿真研究  52-57
    4.4.1 跟踪性能验证  53-54
    4.4.2 偏置力矩的影响  54-55
    4.4.3 算法鲁棒性验证  55-56
    4.4.4 理想情况渐近跟踪验证  56-57
  4.5 本章小结  57-58
5 反步自适应鲁棒控制算法改进  58-67
  5.1 期望补偿自适应鲁棒控制算法介绍  58-60
  5.2 期望补偿自适应鲁棒控制反步设计和稳定性分析  60-63
    5.2.1 反步设计  60-61
    5.2.2 稳定性分析  61-63
  5.3 仿真研究  63-66
    5.3.1 跟踪性能验证  63-64
    5.3.2 鲁棒性验证  64-65
    5.3.3 理想情况渐近跟踪验证  65-66
  5.4 本章小结  66-67
6 总结与展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-74
附录  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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