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基于重复控制方法的高精度速率伺服控制系统设计

作　者: 葛翔
导　师: 姚郁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 速率伺服电机波动力矩插入式重复控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 248次
引　用: 1次
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内容摘要

本文以高精度速率伺服控制系统为背景,重点讨论了电机电磁波动力矩对系统速率精度及速率平稳性的影响,通过设计控制器改善了系统的稳态和动态性能。首先,推导了矢量控制型永磁同步电动机系统的机理模型,进而得到被控对象的数学描述,运用最小二乘辨识的方法确定了对象的标称模型;在此基础上,针对电机的波动力矩干扰问题,分析其产生的机理,通过实验测试确定了波动力矩干扰的主要频率成分并给出了具体的数学表达式。其次,对重复控制方法进行研究,针对高精度速率伺服系统设计了重复控制器。介绍了基本重复控制方法和改进型重复控制方法,分析了基本重复控制方法和改进型重复控制方法的特点和应用中存在的问题。再次,在改进型重复控制方法基础上,结合系统的特点,引入了插入式重复控制方法。插入式重复控制器可以与系统PID控制器分开独立设计,分析了插入式重复控制系统的稳态性能,暂态性能和鲁棒稳定性。在现有插入式重复控制器设计方法的基础上,提出了一种减小设计保守性的插入式重复控制器设计方法,为进一步提高系统的性能提供了一种可行的方法。最后,针对实际控制对象进行了控制器的实现,首先利用变步长的欧拉法得到速度反馈信号,构成速度闭环,经实际调试这种方法得到了较好的速度反馈信号,其精度达到实际应用要求;在此基础上分别设计速度环控制器和位置环控制器,经过实际调试确定了速度环控制器和位置环控制器的参数。在已有PID控制器基础上,设计了插入式重复控制器,结果表明电机波动力矩得到了有效抑制。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题研究的目的和意义  8
  1.2 高精度速率伺服系统研究现状  8-11
    1.2.1 高精度测试转台研究现状  8-9
    1.2.2 无刷直流电机系统波动力矩研究概况  9-11
  1.3 重复控制理论研究与发展概述  11-15
    1.3.1 基于时滞内模的重复控制方法  11-13
    1.3.2 非线性系统的重复控制  13-14
    1.3.3 重复控制的应用  14-15
  1.4 论文的主要研究内容及章节安排  15-17
第2章无刷直流电机系统波动力矩模型与分析  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 无刷直流电动机系统的数学模型  17-20
  2.3 无刷直流电动机系统波动力矩机理分析  20-24
  2.4 无刷直流电动机系统波动力矩的实验分析  24-27
    2.4.1 波动力矩实验研究  24-26
    2.4.2 波动力矩引起的速率波动  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章重复控制问题分析  28-35
  3.1 引言  28
  3.2 内模原理和时延内模  28-31
  3.3 改进型重复控制方法  31-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章高精度速率伺服控制系统重复控制器设计  35-45
  4.1 引言  35
  4.2 插入式重复控制方法研究  35-39
    4.2.1 重复控制系统稳态性能分析  36-37
    4.2.2 重复控制系统暂态性能分析  37-38
    4.2.3 重复控制系统鲁棒稳定性分析  38-39
  4.3 高精度速率伺服控制系统重复控制器设计  39-44
    4.3.1 重复控制器设计的一般原则  39-41
    4.3.2 基于性能要求的重复控制器设计  41-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章高精度速率伺服控制系统实现  45-55
  5.1 引言  45
  5.2 速率伺服控制系统组成与分析  45-47
  5.3 速率伺服控制系统实现  47-54
    5.3.1 基于位置传感器的速率反馈实现  47-51
    5.3.2 速率伺服控制系统PID控制器实现  51-52
    5.3.3 速率伺服控制系统插入式重复控制器实现  52-54
  5.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-60
攻读学位期间发表的学术论文  60-62
致谢  62

基于重复控制方法的高精度速率伺服控制系统设计

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