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角加速度控制系统设计研究

作　者: 刘咔
导　师: 马杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 角加速度控制 加速度反馈 加速度观测器 滑模控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 114次
引　用: 2次
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内容摘要


本文主要针对角加速度伺服控制系统进行了设计研究,以典型机电伺服系统为背景,针对被控对象中存在的非线性摩擦、干扰力矩和负载变化等问题,在对加速度反馈性能进行研究的基础上,应用滑模控制理论结合角加速度反馈对该伺服控制系统进行设计,研究的内容主要在以下几个方面:(1)角加速度伺服性能分析。针对伺服系统中存在的主要控制难点,分析了加速度反馈对系统性能的改善,说明了加速度反馈控制是一种基于传感器的鲁棒控制策略。(2)角加速度观测器的设计。基于角位置测量元件,设计了基于最小二乘法的FIR滤波和卡尔曼滤波估计器,并与常规的微分算法做了对比研究,指出在带宽要求不高的场合下可满足使用要求;并基于滑模控制方法设计了边界层观测器,仿真表明其具有良好的动态观测能力及鲁棒观测性。(3)基于角加速度反馈的滑模控制器设计。首先介绍了一般的PDD2控制方法及缺点,然后给出了基于角加速度反馈的滑模控制器设计方法。加速度反馈与滑模控制相结合,可以更好地抑制系统中的不确定性和外扰,提高系统性能。(4)角加速度控制器在转台系统中的应用。将上述设计的控制系统应用到角加速度仿真转台系统中,仿真结果表明,基于直接测量角加速度反馈的滑模控制器具有控制精度高、适应性好以及抑制干扰能力强的优点,而基于观测器反馈的伺服方法不能完全抑制摩擦力的影响,因而对于角加速度控制则存在一定的缺陷性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 课题背景  8
  1.2 国内外研究现状综述  8-11
    1.2.1 加速度观测器的研究现状  9-10
    1.2.2 基于加速度反馈的控制策略研究现状  10-11
  1.3 论文主要研究内容  11-12
  1.4 论文章节安排  12-13
第2章 角加速度伺服特性分析  13-30
  2.1 引言  13
  2.2 典型机电伺服系统中的主要控制问题  13-16
    2.2.1 本文的研究对象  13-15
    2.2.2 伺服系统中存在的主要控制问题  15-16
  2.3 带有干扰力矩/负载变化的角加速度反馈特性分析  16-22
    2.3.1 角加速度反馈控制的基本原理  17
    2.3.2 抗负载变化和抗扰性能分析  17-22
  2.4 角加速度反馈对机械谐振的抑制  22-24
  2.5 角加速度反馈对非线性摩擦的抑制作用分析  24-28
    2.5.1 摩擦的动态过程和特性  25-26
    2.5.2 角加速度反馈对非线性摩擦的抑制  26-28
  2.6 本章小结  28-30
第3章 角加速度观测器设计  30-44
  3.1 引言  30
  3.2 基于滤波理论的角加速度估计器设计  30-37
    3.2.1 基于最小二乘法的FIR滤波加速度估计  31-33
    3.2.2 基于卡尔曼滤波的加速度估计  33-35
    3.2.3 角加速度估计性能对比  35-37
  3.3 基于状态观测理论的边界层观测器设计  37-43
    3.3.1 观测器的结构  38-39
    3.3.2 边界层观测器的设计  39-42
    3.3.3 仿真结果对比  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章 基于滑模控制的角加速度控制系统设计  44-51
  4.1 引言  44
  4.2 PDD~2控制分析  44-45
  4.3 基于角加速度反馈的滑模控制器设计  45-50
    4.3.1 滑模变结构控制  45-46
    4.3.2 滑模切换函数的选择  46-47
    4.3.3 滑模控制量的求取  47-48
    4.3.4 基于角加速度反馈的系统控制器设计  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章 角加速度反馈在转台控制系统设计中应用  51-60
  5.1 引言  51
  5.2 转台伺服系统控制器设计  51-52
  5.3 基于传感器直接测量的角加速度反馈系统性能分析  52-57
    5.3.1 角位置跟踪性能  53-55
    5.3.2 角加速度跟踪性能  55-57
  5.4 基于边界层观测器的系统性能仿真与分析  57-59
    5.4.1 存在摩擦时的角加速度跟踪  57-58
    5.4.2 负载变化时的角加速度跟踪  58
    5.4.3 角加速度跟踪的动态响应  58-59
  5.5 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-68
致谢  68

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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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