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基于迭代学习控制的直线伺服系统扰动抑制研究

作　者: 马航
导　师: 杨俊友
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 迭代学习控制永磁直线同步电机补偿扰动
分类号: TM921.541
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

迭代学习控制(ILC)是一种数据驱动控制技术,针对具有重复性质的被控对象,利用历史输入信息及输出误差信息,通过迭代修正控制信号,实现在有限时间区间内对期望轨迹的精确跟踪。本文依托国家自然科学基金项目“高精度永磁直线伺服系统扰动抑制技术研究(51075281)”,针对高精度伺服系统高抗扰能力及高跟踪性能的要求,采用反馈控制与ILC前馈控制相结合的策略,研究高性能ILC控制伺服系统。针对某一时段上周期扰动和随机扰动对伺服控制性能影响程度不同,提出一种二维分段复合ILC控制策略。该策略在周期扰动主导时段,增强复合算法中ILC控制比重；在随机扰动主导时段,不重复扰动沿迭代轴积累,严重影响ILC收敛甚至使算法发散,因此增强复合算法中实时反馈控制比重。通过永磁直线同步电机仿真验证了算法的有效性以及良好的推力波动抑制性能,保证系统沿时间轴和迭代轴均具有良好性能。对该策略与反馈控制进行实验研究,结果表明该控制方法可以有效提高系统位置控制精度。针对ILC算法鲁棒性与跟踪性能之间的矛盾,采用分段滤波方法。伺服系统使用学习对具有因果关系的移相ILC算法,并设计出自适应2频段学习滤波器,实现快速学习收敛,从而确保控制精度。提出一种带时间窗的ILC算法,有效利用学习信息,系统结构采用ILC前馈与PI反馈控制相结合。实验结果表明该算法可以有效提高系统位置控制精度。将直线伺服系统位置变量和速度变量扰动统一为随状态变量扰动,使用状态补偿器抑制齿槽扰动和摩擦扰动,采用ILC算法更新补偿器中齿槽和摩擦扰动抑制系数。该算法将ILC与自适应控制有机结合,使用Lyapunov能量函数分析学习系统稳定性,拓宽了ILC的应用范围。通过仿真分析和实验研究,验证了提出控制方法的有效性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-28
  1.1 论文研究的背景、目的和意义  12-13
  1.2 永磁直线伺服系统控制策略综述  13-15
  1.3 迭代学习控制及在伺服系统的应用现状  15-25
    1.3.1 迭代学习控制  15-17
    1.3.2 迭代学习控制在伺服系统中的应用现状  17-25
  1.4 研究目标  25-26
  1.5 论文主要内容  26-28
第二章永磁直线伺服系统扰动分析与建模  28-34
  2.1 永磁直线伺服系统扰动分析  28-32
    2.1.1 齿槽力扰动  28-29
    2.1.2 端部效应力扰动  29-30
    2.1.3 摩擦力扰动  30
    2.1.4 时滞、传动间隙、死区扰动  30-31
    2.1.5 纹波扰动  31
    2.1.6 电气参数、机械参数变化扰动  31
    2.1.7 永磁体磁链谐波扰动  31-32
  2.2 永磁直线同步电机推力模型  32-33
  2.3 永磁直线伺服系统运动模型  33
  2.4 本章小结  33-34
第三章二维分段复合迭代学习控制的直线伺服系统扰动抑制研究  34-45
  3.1 基于2D复合迭代学习控制原理  34-35
  3.2 应用2D复合ILC的原因  35
  3.3 直线伺服系统2D复合ILC设计  35-40
  3.4 仿真分析  40-41
  3.5 实时位置控制实验分析  41-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章滤波型迭代学习控制的直线伺服系统扰动抑制研究  45-64
  4.1 带时间窗2段滤波迭代学习控制的直线伺服系统扰动抑制  45-55
    4.1.1 相位前移ILC原理  45-46
    4.1.2 学习滤波器Q、L的引入  46-47
    4.1.3 频段学习滤波ILC的设计思想  47-48
    4.1.4 反馈控制与ILC的结构设计  48-50
    4.1.5 2频段学习滤波器的ILC系统设计  50-51
    4.1.6 带时间窗的ILC  51-53
    4.1.7 实验研究  53-55
  4.2 分段滤波2阶A型迭代学习控制的直线伺服系统扰动抑制  55-63
    4.2.1 A型ILC原理  55-56
    4.2.2 带学习滤波器的ILC性能分析  56-59
    4.2.3 仿真研究  59-63
  4.3 本章小结  63-64
第五章参数型迭代学习控制的直线伺服系统扰动抑制研究  64-84
  5.1 参数型迭代学习控制的直线电机摩擦扰动抑制  64-72
    5.1.1 引言  64
    5.1.2 参数型ILC的摩擦扰动抑制  64-70
    5.1.3 仿真分析  70-72
  5.2 参数型迭代学习控制的直线电机齿槽、摩擦扰动抑制  72-81
    5.2.1 前言  72
    5.2.2 建议的参数型ILC控制方案  72-79
    5.2.3 仿真分析  79-81
  5.3 实验研究  81-83
  5.4 本章小结  83-84
第六章系统实验平台设计与测试  84-95
  6.1 系统硬件结构  84-88
    6.1.1 主电路设计  84-85
    6.1.2 控制电路设计  85-88
  6.2 系统软件设计  88-91
  6.3 ILC位置控制实验  91-94
  6.4 本章小结  94-95
第七章结论  95-96
参考文献  96-100
在学研究成果  100-103
致谢  103

基于迭代学习控制的直线伺服系统扰动抑制研究

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