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转台伺服系统低速性能分析及改善方法研究

作 者: 彭吉
导 师: 赵辉
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 低速性能 转台伺服系统 自适应摩擦补偿 切换控制
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 112次
引 用: 2次
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内容摘要


本论文以对低速性能(速率精度、速率平稳性)有严格要求的高精度转台伺服系统为课题背景,针对系统中存在的非线性干扰力矩、噪声等因素,分析了这些因素的特性及其对系统的不利影响。对于低速性能的改善,本论文针对影响转台低速性能的摩擦力矩和噪声因素,研究了两种性能改善方法。首先,本论文提出了三种测定伺服系统低速性能的评估方法,并分析了四种影响伺服系统低速性能的主要因素。针对影响系统低速性能的最主要因素——摩擦力矩,介绍了国内外常用的摩擦模型,深入分析了摩擦力矩对系统性能的影响效果并通过MATLAB仿真进行了验证。其次,针对摩擦力矩的影响,提出了一种低速性能的提升方法——基于库仑摩擦的模型参考自适应补偿方法。该方法基于Lyapunov函数设计自适应控制律,保证了系统的稳定性,而且对摩擦力矩以外的干扰力矩也具有一定的补偿作用。通过MATLAB仿真分析,验证了这种方法的有效性。最后,针对噪声因素的影响,本论文研究了一种基于切换控制的转台伺服系统低速性能提升方法,该方法通过高低速条件下不同带宽控制器的切换实现了对系统噪声的抑制。另外,针对切换过程的实现,提出了一种切换控制器状态初始化算法,确保了切换时刻控制量输出的连续性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题研究的目的及意义  8
  1.2 转台及其控制问题研究现状  8-10
  1.3 伺服系统低速性能及提升方法研究现状  10-13
    1.3.1 低转速下速率估计算法的研究  10
    1.3.2 低速爬行理论的研究  10-11
    1.3.3 摩擦及其补偿方法的研究  11-13
  1.4 论文主要内容及章节安排  13-15
第2章 转台伺服系统低速性能分析  15-33
  2.1 引言  15
  2.2 转台伺服系统的描述  15-16
  2.3 转台低速性能指标的评测方法  16-19
    2.3.1 最低速率评测方法  16-17
    2.3.2 速率精度评测方法  17-18
    2.3.3 速率平稳性评测方法  18-19
  2.4 影响转台伺服系统低速性能的主要因素  19-24
    2.4.1 摩擦力矩  19-20
    2.4.2 波动力矩  20-22
    2.4.3 测量噪声  22-23
    2.4.4 控制量噪声  23-24
  2.5 摩擦模型及其对系统低速性能的影响分析  24-31
    2.5.1 摩擦模型的建立  24-27
    2.5.2 非线性摩擦对系统性能影响分析  27-29
    2.5.3 摩擦仿真模型及摩擦影响的仿真分析  29-31
  2.6 本章小结  31-33
第3章 基于自适应摩擦补偿的低速性能改善方法  33-40
  3.1 引言  33
  3.2 自适应控制概述  33-34
  3.3 模型参考自适应补偿及其仿真  34-38
    3.3.1 基于库仑摩擦的模型参考自适应补偿  34-37
    3.3.2 基于库仑摩擦的模型参考自适应补偿仿真分析  37-38
  3.4 自适应摩擦补偿在工程实现中的问题  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 基于切换控制的低速性能改善方法  40-57
  4.1 引言  40
  4.2 切换控制系统与变增益PID控制的比较  40-42
    4.2.1 切换控制系统的结构及工作原理  40-41
    4.2.2 切换控制与变增益PID控制  41-42
  4.3 转台伺服系统切换控制器的设计  42-47
    4.3.1 切换控制器的设计原则  42-45
    4.3.2 切换时刻控制器状态初始化算法  45-47
  4.4 切换控制在转台伺服系统上的实现  47-56
    4.4.1 转台伺服系统的速率设计指标  47-48
    4.4.2 转台被控对象标称模型的辨识  48-49
    4.4.3 控制器求解与仿真验证  49-56
  4.5 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

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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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