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精密离心机主轴的实时重复控制系统研究

作　者: 陈云强
导　师: 曾鸣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 精密离心机波动力矩重复控制 RTX 实时控制系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 122次
引　用: 2次
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内容摘要

精密离心机是用于标定和测试惯性元器件的大型高精度测试设备,一些微小的干扰或者误差都可能会影响精密离心机的速率平稳度。这种高精度特性使得精密离心机控制系统在设计时存在两个关键问题。其一为干扰抑制问题,其二为多个子系统协调控制及实时响应问题。本文以实际精密离心机为背景,对以上两个问题进行了研究。首先,本文对影响精密离心机速率平稳度的主要因素波动力矩,进行了理论分析。主要分析了波动力矩产生的机理,探究其内部的物理和数学规律,分析实际系统的特点和要求,得到对系统影响较大的波动力矩的具体数学表达式,并且通过仿真试验验证其对系统的影响。其次,针对波动力矩的周期性,本文提出了重复控制方法进行抑制,并具体研究了重复控制系统的稳定性、稳态跟踪性能、扰动抑制及鲁棒稳定性。以此为基础给出了重复控制系统的设计方法,并设计出实际系统的重复控制器。系统仿真结果表明,设计的重复控制器能够有效的克服波动力矩干扰,各项性能优于常规控制器。最后,针对精密离心机实时控制的要求,本文研究了基于RTX(Real-Time Extension)实时控制系统的设计和实现方法。研究了Windows NT操作系统以及实时子系统RTX的体系结构、主要功能特性、各自及相互间的通信机制,阐述了Windows NT系统的在实时方面的缺陷和RTX系统在实时性上的优越性,并设计出程序具体比较了二者的实时性能,最后完成实时控制系统的软件设计。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  8
  1.2 国内外离心机发展概述  8-10
  1.3 精密离心机速率波动问题  10-11
  1.4 重复控制  11-12
  1.5 RTX 实时软件的特点  12-13
  1.6 本文的主要研究内容  13-15
第2章系统波动力矩研究  15-25
  2.1 无刷直流电机及齿槽力矩  15-16
  2.2 电磁波动力矩机理分析  16-19
  2.3 波动力矩的干扰仿真  19-23
  2.4 本章小结  23-25
第3章重复控制理论  25-40
  3.1 重复控制器基本思想  26-28
  3.2 重复控制器结构及功能  28-30
    3.2.1 重复控制器的内模  28-30
    3.2.2 重复控制器的前馈环节  30
  3.3 重复控制器系统的性能分析  30-35
    3.3.1 稳定性分析  30-31
    3.3.2 稳态跟踪性能  31-32
    3.3.3 干扰抑制  32-34
    3.3.4 鲁棒稳定性  34-35
  3.4 重复控制系统设计  35
  3.5 试验研究  35-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章基于RTX 的系统控制软件设计与实现  40-62
  4.1 实时操作系统的基本要求  40-41
  4.2 Windows NT 操作系统  41-45
  4.3 RTX 实时子系统  45-48
  4.4 Windows NT 与RTX 实时性能测试比较  48-51
  4.5 系统的软件设计  51-60
    4.5.1 实时环境的架设  51
    4.5.2 软件结构的描述  51-53
    4.5.3 软件用户界面及RTX 程序流程  53-55
    4.5.4 通信层及其实现  55-59
    4.5.5 RTX 环境下的数据采集  59-60
  4.6 实时系统的编译  60-61
  4.7 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
致谢  67

精密离心机主轴的实时重复控制系统研究

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