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永磁环形力矩电机驱动转台伺服系统的多目标鲁棒控制研究

作　者: 赵岩
导　师: 王成元；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: 数控转台 直接驱动 永磁环形力矩电机 多目标控制 混合控制
分类号: TM359.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文以国家自然科学基金项目“数控机床回转送进精密直接驱动技术及其控制策略研究”为背景,针对直接驱动数控转台用永磁环形力矩电机伺服系统易受外部扰动及自身参数变化影响的特点,提出了多目标混合控制策略,以解决永磁环形力矩电机驱动的转台伺服系统的快速性和鲁棒性之间的矛盾,从而提高转台系统的伺服性能。数控转台直接驱动技术突破了传统驱动方式（旋转伺服电机加蜗轮、蜗杆副和齿轮副机构）的局限性,具有动态响应速度和加速度大、刚度和定位精度高等特点。但由于直接驱动技术将伺服驱动电机与负载直接刚性连接,省去了中间机械传动和变换环节,外部扰动及自身参数变化无缓冲地作用在电机转轴上,这大大降低了系统的伺服性能。这就需要通过设计伺服控制器来提高系统的鲁棒性、抗扰性及快速性。直接驱动数控转台永磁环形力矩电机伺服系统的鲁棒性能可以用H2和H∞范数来量度,将这两种方法结合起来进行控制系统的设计,既可以提高系统的快速性,又可以提高系统鲁棒性和抗扰性。本文采用基于Q参数的方法设计多目标混合H2/H∞速度控制器,利用连续系统与离散系统解的一致性,将连续系统转化为离散系统求解,保证了系统的稳定性、快速性和鲁棒性。针对永磁环形力矩电机驱动的转台伺服系统快速性和鲁棒性之间的矛盾,采用多目标混合L1/H2控制的方法设计速度控制器,由于原始混合L1/H2控制问题的解是无理的,从工程角度无法实现,因而采用有理混合L1/H2控制问题替代原始混合L1/H2控制问题,并采用Euler逼近系统（EAS）对有理混合L1/H2控制问题离散化求解,从而得到多目标混合L1/H2控制器,该速度控制器比传统的H∞控制器更具鲁棒性和快速性。本文以永磁环形力矩电机为控制对象,建立系统数学模型,并利用MATLAB软件对上述两种控制策略进行仿真研究及分析。仿真结果表明,所设计的多目标混合速度控制器满足高响应高精度转台伺服系统对鲁棒性和快速性的要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 课题的目的及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-17
    1.2.1 鲁棒控制的研究现状  11-13
    1.2.2 多目标控制的研究现状  13-17
  1.3 论文研究的主要内容  17-19
第二章 直接驱动数控转台伺服系统  19-29
  2.1 交流伺服系统  19-22
    2.1.1 概述  19-20
    2.1.2 力矩电机转台伺服系统组成及其工作原理  20-22
  2.2 直接驱动技术  22-25
    2.2.1 直接驱动的基本方式  22-23
    2.2.2 直接驱动技术的优点  23-24
    2.2.3 直接驱动系统的控制问题  24-25
  2.3 永磁环形力矩电机  25-29
    2.3.1 永磁环形力矩电机的结构及其特点  25-26
    2.3.2 系统数学模型  26-29
第三章 多目标混合控制理论基础  29-42
  3.1 输出反馈控制  29-30
  3.2 标准的鲁棒控制问题  30-32
  3.3 结构与非结构不确定性  32-34
  3.4 信号与系统的范数测度  34-35
    3.4.1 信号的范数测度  34
    3.4.2 系统的范数测度  34-35
  3.5 l_∞信号范数和l_1信号范数  35-36
    3.5.1 l_∞信号范数  35
    3.5.2 l_1信号范数  35-36
  3.6 H_∞性能和H_∞控制  36-39
    3.6.1 H_∞性能  36-37
    3.6.2 H_∞控制  37-39
  3.7 H_2性能和H_2控制  39-42
    3.7.1 H_2性能  39-40
    3.7.2 H_2控制  40-42
第四章 基于Q参数的永磁环形力矩电机的多目标混合H_2╱H_∞控制  42-53
  4.1 H_2/H_∞标准控制问题  42-43
  4.2 混合H_2/H_∞控制器设计  43-46
  4.3 仿真结果及分析  46-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 基于EAS的永磁环形力矩电机多目标混合L_1/H_2控制  53-65
  5.1 混合L_1╱H_2问题描述  53-54
  5.2 基于改进EAS的有理速度控制器的设计  54-56
    5.2.1 Euler逼近系统  54-55
    5.2.2 连续时间系统及其EAS范数之间的关系  55-56
  5.3 附加插值约束  56-59
  5.4 仿真结果及分析  59-64
  5.5 本章小结  64-65
第六章 结论  65-67
参考文献  67-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 力矩电机（力矩马达）
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