双惯量弹性系统负载扰动观测器设计研究

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1、硕士学位论文双惯量弹性系统负载扰动观测器设计研究DESIGNANDSTUDYOFLOADDISTURBANCEOBSERVERFORTWO-MASSELASTICSYSTEM付永建哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文双惯量弹性系统负载扰动观测器设计研究硕士研究生：付永建导师：徐殿国教授副导师：杨明教授申请学位：工学硕士学科：电力电子与电力传动所在单位：电气工程系答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM351U.D

2、.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDSYUDYOFLOADDISTURBANCEOBSERVERFORTWO-MASSELASTICSYSTEMCandidate：FuYongjianSupervisor：Prof.XuDianguoAssociateSupervisor：Prof.YangMingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectricalD

3、rivesAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要交流伺服系统以其优越的性能广泛地应用于工业及运动控制领域。在轧钢机、机器人关节等常见的电拖机构中，普遍地存在着由于连接装置有限弹性引发的机械谐振以及负载变化造成的动态干扰现象。这两种现象的存在不仅造成设备本身的损坏，而且会严重地影响生产流程及效率、降低工件质量，恶化其控

4、制品质，制约了工业装备制造的发展。所以解决抗谐振与抗干扰问题具有重大的现实意义及影响。本文首先研究单惯量系统负载扰动观测器(DisturbanceObserver,DOB)，并对其结构进行改进。单惯量系统存在着因负载突变或其他外部影响引发的动态速降以及低速转速脉动问题。利用设计的改进型观测器可有效解决上述问题，DOB应用效果通过仿真予以验证。其次对轧机等传动设备进行双惯量建模，对相关机理进行分析。着重研究了双惯量抗谐振与抗干扰存在的矛盾，通过仿真予以验证。为了解决此矛盾，提出了一种基于观测器法状态反馈控制策略。传动机构负载端无相应的检测反馈设备，故

5、采用观测器法获取负载端状态量。其目的在于抑制谐振造成的速度波动，增强负载突变时系统的抗扰能力，使其具有较好地抑制动态变化的性能。该方案是将分数阶扰动观测器(FractionalOrderDisturbanceObserver,FO-DOB)与状态观测器结合，本文对二者的机理与具体实现做了详细的研究及阐述，仿真验证了所提方法的有效性。最后在单惯量及双惯量测试平台上对上述算法进行验证。单惯量负载扰动观测器可有效解决其抗扰和低速脉动问题。针对双惯量系统设计的负载扰动观测器，不仅可有效预估系统负载端的状态量，而且可以解决抗谐振与抗干扰的矛盾，同时提升系统的

6、谐振抑制与干扰抑制能力。关键词：双惯量系统；扰动观测器；机械谐振；干扰抑制；状态反馈-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractACservosystemiswidelyusedinindustryandmotioncontrolfieldwithitssuperiorperformance.Mechanicalresonancephenomenoncausedbythefiniteelasticityoftheconnectingdeviceandthedynamicdisturbancephenomenonbytheloadmutati

7、onexistinthepowertransmissionmechanism,suchasrollingmill,robotjointandsoon.Theexistenceofthesetwophenomenanotonlydamagestheequipmentitself,butalsoaffectstheprocessandefficiencyofproduction,reducesthequalityofthework-piece,anddeterioratesthequalityofcontrol,whichrestrictsthedev

8、elopmentofindustrialequipmentmanufacturing.Therefore,itisofgr