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双边同步带传动XY伺服机构控制系统设计

作 者: 卫作龙
导 师: 邱剑彬
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 同步带传动 XY伺服机构 自抗扰控制 交叉耦合控制
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 71次
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内容摘要


XY伺服机构是一种常见的运动控制系统。近年来,为了满足大功率、大行程、高速度和高加速度等生产要求,采用双边同步带传动的XY伺服机构逐渐在工业生产设备中占有了一席之地。如何对该类系统进行有效的控制也成为了一项亟待解决的课题。为了给出适合实际使用的控制策略,本文主要进行了以下三个方面工作:一是对被控系统进行建模分析。经验表明,良好的模型有助于发现控制中的主要矛盾,也是控制器设计和分析的基础。本文利用力学方法建立了同步带传动系统的数学模型,并给出了参数估计的有效方法。进一步,利用系统辨识出的电机模型,本文给出了单轴同步带传动伺服系统的完整模型。二是针对单轴柔性驱动伺服系统的具体控制问题,利用自抗扰控制技术对传统PID进行合理改进。其中,跟踪微分器被用来对系统的过渡过程进行“安排”以及提取微分信号,从而避免了系统的过冲响应和噪声放大。另外,本文还提出了“复合扩张状态观测器”,并用其对Y向伺服系统进行扰动估计,并加以动态补偿。三是对多电机的协同控制问题进行了研究。本文引进基于位置指令修正的交叉耦合控制结构代替了经典的交叉耦合结构,提高了协同控制器的工作效率。然后,分别利用比例调节器和PD调节器对系统中两对同向电机进行了同步控制。最后,给出了一种基于轮廓误差传递函数的多轴协同控制器的一般设计方法,并将其应用于本文所研究的XY伺服系统。本文结合实际应用背景,对双边同步带传动的XY伺服机构的主要控制问题进行了深入研究,给出了相应的控制策略,并利用MATLAB对所设计的控制器的性能进行了仿真验证,对工程实践具有指导意义。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 背景及意义  9-12
  1.2 电机协同控制技术发展概况  12-17
  1.3 本文的主要内容与结构  17-19
第2章 双边同步带传动 XY 伺服机构建模与分析  19-30
  2.1 系统介绍与分析  19-20
  2.2 同步带传动系统建模  20-27
    2.2.1 同步带传动特性  20-21
    2.2.2 Y 向传动系统建模与分析  21-25
    2.2.3 X 向传动系统建模与分析  25-26
    2.2.4 传动系统系数辨识  26-27
  2.3 伺服电机系统辨识  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 单电机自抗扰控制器设计  30-41
  3.1 自抗扰控制技术简介  31-34
    3.1.1 微分跟踪器  31-33
    3.1.2 安排过渡过程  33-34
  3.2 X 向单轴伺服控制器  34-36
  3.3 Y 向伺服系统扰动估计与补偿  36-38
  3.4 复合扩张状态观测器  38-39
  3.5 电机的匹配调节  39-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章 双边 XY 伺服机构协同控制  41-58
  4.1 基于位置指令修正的交叉耦合控制器  41-42
  4.2 双轴 PD 补偿同步控制  42-45
  4.3 轮廓误差估计  45-49
    4.3.1 两轴系统  45-48
    4.3.2 多轴系统  48-49
  4.4 多轴协同控制器设计方法  49-53
  4.5 XY 向协同控制  53-57
  4.6 本章小结  57-58
第5章 XY 伺服机构控制系统仿真研究  58-67
  5.1 X 向伺服系统仿真  58-60
  5.2 Y 向伺服系统仿真  60-63
  5.3 XY 协同控制仿真  63-66
  5.4 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-74
致谢  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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