柔性伺服系统振荡抑制算法研究

论文摘要

随着现代科技的高速发展,工业生产也提高了对伺服系统性能的要求。柔性系统的振荡问题严重影响着伺服系统频率响应带宽的提高,同时也影响了伺服系统高性能、高精度的发展。国内外学者对系统的振荡问题做了很多的研究,但是真正能够用于实际工业的控制策略却不多。本文在与深圳某企业合作下,以实现实时对柔性系统进行频谱分析,对系统振荡进行抑制为目的,从理论和实际两个方面对柔性系统振荡问题进行了深入研究。本文将强耦合的柔性伺服系统简化为两惯量模型。在两惯量模型的基础上,研究了柔性轴引起系统振荡的原因以及振荡抑制策略。本文对普通的PI控制和根据极点分布的PI控制进行了仿真分析,结果显示根据极点分布的PI控制对柔性系统的振荡抑制效果明显。本文在对柔性伺服系统模型进行分析后,对可调惯量比控制策略提出了一种改进方案。该方案主要是用两个典型二阶系统对原来的四阶可调惯量比控制系统进行等价分析,同时这两个典型二阶系统的阻尼因子保持相同。最后在MATLAB/SIMULINK上对PI控制、扰动观测器控制和改进的可调惯量比控制进行了对比分析。仿真结果表明改进的可调惯量比控制对电机和负载侧的振荡都有很好的抑制作用。本文主要设计了一种能够在系统振荡频率点发生偏移的情况下,自动修改自身参数的自适应陷波滤波。由于一些外部因素的影响,系统振荡频率点容易发生偏移,普通的陷波滤波器很难满足工业需求。本文的自适应陷波滤波器主要是通过对系统进行实时FFT频谱分析,提取系统振荡频率点,然后设置陷波滤波器参数对系统振荡进行抑制。最后本文在TI公司的DSP芯片TMS320F2806上进行软件编程,实现了对一个实际带传动交流伺服系统的自适应陷波滤波的应用。实验结果证明该振荡抑制策略简单有效。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的背景及意义
• 1.3 国内外研究现状及分析
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 柔性伺服系统振荡现象的分析
• 2.1 引言
• 2.2 柔性系统模型分析
• 2.3 系统振荡分析
• 2.4 根据极点分布的PI 控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于可调惯量比控制的研究
• 3.1 引言
• 3.2 两惯量系统扰动观测器控制
• 3.3 可调惯量比控制改进方法的研究
• 3.3.1 可调惯量比控制原理
• 3.3.2 改进的可调惯量比控制
• 3.4 控制策略对比分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 自适应陷波滤波器分析设计
• 4.1 引言
• 4.2 陷波滤波器原理分析
• 4.3 陷波滤波器类型选择
• 4.3.1 IIR 滤波器
• 4.3.2 格型IIR 陷波滤波器的分析
• 4.4 柔性系统中自适应陷波器的设计
• 4.4.1 两惯量系统陷波滤波器的应用
• 4.4.2 实际系统陷波器的应用
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于DSP 平台的自适应陷波器的实现
• 5.1 引言
• 5.2 DSP 控制的交流伺服系统的结构
• 5.3 DSP 平台上FFT 变换的实现
• 5.4 DSP 平台上自适应陷波器的设计
• 5.4.1 采集信号的选取
• 5.4.2 实验结果及其分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢