双电机消隙伺服系统的研究与应用

论文摘要

本文以某精密雷达转台伺服系统的研制为背景,在深入分析双电机消隙原理的基础上,建立了双电机消隙伺服系统模型,并基于模型重点研究了伺服系统的控制算法。同时,为了改善系统低速性能,对摩擦补偿的相关理论和方法做了初步的探讨。首先,论文介绍了双电机消隙伺服系统的技术指标与总体设计方案并对系统涉及到的相关器件进行了简要说明。其次,详细分析了双电机消隙原理,由此推导出消隙电流方程。并结合双电机驱动系统的动力学特性以及实际系统的控制框图,建立了双电机消隙传动的伺服系统模型。然后,基于伺服系统模型,设计了系统的控制算法。并通过Matlab仿真对比分析了PID控制与复合控制两种算法对系统的控制效果。仿真表明,复合控制能够在保证系统稳定的情况下,很大程度地提高伺服系统的跟踪精度。最后,分析了低速爬行产生的原因,并设计了加速度反馈控制器对其进行有效抑制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 双电机消隙研究现状
• 1.2.2 摩擦补偿研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 双电机消隙伺服系统总体介绍
• 2.1 系统性能指标
• 2.2 系统组成
• 2.3 重要部件选型
• 2.3.1 控制计算机
• 2.3.2 驱动部件
• 2.3.3 位置环路元件
• 2.4 小结
• 第三章 双电机消隙原理与伺服系统建模
• 3.1 齿隙非线性
• 3.2 双电机消隙原理
• 3.3 消隙电流方程推导
• 3.4 双电机同步控制方法
• 3.5 双电机消隙伺服系统建模
• 3.5.1 不含齿隙双电机驱动动力学建模
• 3.5.2 含齿隙双电机驱动动力学建模
• 3.5.3 双电机消隙伺服系统建模
• 3.6 小结
• 第四章 伺服系统的控制算法研究及消隙验证
• 4.1 PID算法设计与仿真
• 4.1.1 PID控制原理
• 4.1.2 Matlab仿真分析
• 4.2 前馈控制算法设计与仿真
• 4.2.1 前馈控制不变性原理
• 4.2.2 前馈控制器设计
• 4.2.3 前馈控制效果仿真分析
• 4.3 消隙效果仿真
• 4.4 小结
• 第五章 伺服系统低速控制性能研究
• 5.1 低速爬行及其原因
• 5.2 摩擦描述及建模
• 5.2.1 摩擦描述
• 5.2.2 常用的摩擦模型
• 5.3 摩擦引起的爬行仿真
• 5.3.1 模型实现
• 5.3.2 爬行仿真
• 5.4 加速度补偿方法研究
• 5.4.1 加速度抑制摩擦扰动原理
• 5.4.2 加速度补偿效果验证
• 5.5 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献