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复合摆头环形永磁力矩电机自适应鲁棒控制研究

作　者: 刘春丽
导　师: 王丽梅；孙宜标
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 复合摆头环形永磁力矩电机自适应鲁棒控制期望补偿输入饱和反步法
分类号: TM31
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

复合摆头是五轴联动数控加工中心的关键功能部件之一,本文是以辽宁省教育厅项目和辽宁省科技厅重点项目资助为背景,以直接驱动复合摆头的环形永磁力矩电机伺服系统为研究对象,根据复合摆头环形永磁力矩电机伺服系统的特点,针对复合摆头对伺服系统的鲁棒性和跟踪精度要求以及系统实际运行中的输入饱和问题,结合自适应鲁棒控制和反步设计等理论和方法,对系统的模型参数变化、外部扰动等不确定因素以及实际运行中的输入饱和问题进行了研究。主要研究内容如下:针对复合摆头环形永磁力矩伺服系统存在的各种不确定性因素,考虑其主要影响因素为外部扰动和参数变化,并建立相应的系统数学模型,采用自适应鲁棒控制方法抑制外部扰动和参数变化对系统性能的影响,保证系统的最终跟踪精度。所设计的自适应鲁棒位置控制器的鲁棒控制结构采用基于Lyapunov第二法提出的确定鲁棒控制方法,以保证系统的暂态性能;自适应控制结构通过不连续投影算法对系统参数进行在线辨识,逐步逼近不确定性因素的实际值,减小不确定因素对系统的影响。为了进一步提高系统伺服性能,减小上述自适应控制结构的在线测量噪声,采用只根据期望轨迹进行离线估计的算法,设计了期望补偿自适应鲁棒控制器。两种控制策略对外部扰动和参数变化具有很强的鲁棒性,同时保证系统的最终控制精度。为保证伺服系统可靠运行,针对由于系统的外部扰动过大而出现输入饱和现象,从而导致系统极不稳定,本文将自适应鲁棒控制方法与饱和函数相结合,基于反步法设计出饱和自适应鲁棒控制器,即设计一个虚拟控制律保证误差信号在每一步都收敛且有界。在控制器设计中构建非降函数处理执行器饱和,将控制输入限制在饱和范围内;对于参数不确定性,采用不连续投影算法进行在线参数估计,使得系统在输入饱和情况下也能够保证其稳定性且实现良好的跟踪性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题研究背景和意义  10-12
  1.2 课题研究的国内外发展动态  12-16
    1.2.1 复合摆头国内外发展现状  13-15
    1.2.2 复合摆头伺服系统的发展现状  15-16
  1.3 论文主要研究内容  16-18
第二章直接驱动复合摆头伺服系统  18-24
  2.1 复合摆头伺服系统的构成  18-20
  2.2 环形永磁力矩电机的结构与系统数学模型  20-23
    2.2.1 环形永磁力矩电机的结构与特点  20-21
    2.2.2 复合摆头环形永磁力矩电机数学模型  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章环形永磁力矩电机自适应鲁棒控制  24-43
  3.1 自适应鲁棒控制理论  24-29
    3.1.1 自适应鲁棒控制思想  25-26
    3.1.2 自适应鲁棒控制理论基础  26-29
  3.2 系统模型变换与假设  29-30
  3.3 自适应鲁棒控制器设计  30-33
    3.3.1 自适应鲁棒控制律设计  30-32
    3.3.2 系统的稳定性证明  32-33
  3.4 期望补偿自适应鲁棒控制器的设计  33-36
    3.4.1 期望补偿自适应鲁棒控制律设计  34-35
    3.4.2 系统的稳定性证明  35-36
  3.5 仿真结果与分析  36-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章具有输入饱和的环形永磁力矩电机的自适应鲁棒控制  43-57
  4.1 反步法  43-46
  4.2 饱和自适应鲁棒控制器的设计  46-53
    4.2.1 模型变换和条件假设  46-47
    4.2.2 饱和ARC 控制律设计  47-51
    4.2.3 饱和ARC 全局稳定性和渐进跟踪性能证明  51-53
  4.3 仿真结果与分析  53-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章结论  57-59
参考文献  59-62
在学研究成果  62-63
致谢  63

复合摆头环形永磁力矩电机自适应鲁棒控制研究

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