伺服系统的分析与辨识

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1、伺服系统的分析与辨识作者姓名江月学校导师姓名、职称屈胜利副教授领域控制工程企业导师姓名、职称阮向阳高工申请学位类别工程硕士提交学位论文日期2014年12月学校代码10701学号1204122167分类TN82号TP27密级公开西安电子科技大学硕士学位论文伺服系统的分析与辨识作者姓名：江月领域：控制工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：屈胜利副教授企业导师姓名、职称：阮向阳高工提交日期：2014年12月AnalysisandIdentificationofTheServoSystemAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinparti

2、alfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinControlEngineeringByJiangyueSupervisor:QushengliRuanxiangyangDecember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的

3、材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导

4、师签名：日期：日期：摘要摘要本文主要内容是对机载雷达转台伺服系统和复合轴伺服系统的粗转台模型进行研究与辨识。系统辨识是控制领域研究的重点之一，因为精确的动力学模型是进行机电系统设计与控制的基础，在控制领域具有相当重要的地位。利用系统辨识的相关理论知识，通过对被控对象结构和参数的辨识，建立被控对象精确的数学模型，这是研究控制系统的关键步骤，然后基于此模型进行控制算法的研究，从而使其满足控制系统的指标要求。本论文主要进行了两个伺服系统的辨识工作，其中包括基于实验室环境下的机载雷达转台伺服系统的辨识，还有基于实际科研项目中的复合轴伺服系统中粗转台的辨识工作。其中机载雷达转

5、台伺服系统部分的工作主要包括四个方面：辨识实验方案设计；辨识模型结构的确定；辨识模型参数的确定；辨识模型的验证。其中辨识实验方案设计的工作主要包括了根据转台伺服系统的原理，参与设计了系统的软硬件实现方案，采集输入输出数据，为被控对象模型的辨识工作做准备。输入信号为STM32产生的M序列，输出信号为采集到的编码器的速度信号。模型结构的辨识主要采用AIC准则推导出系统阶数。模型参数的辨识主要采取两步法来进行辨识，首先利用相关法得到系统的非参数模型——脉冲响应，而后又利用最小二乘法推算出系统的参数模型——传递函数。模型结构和模型参数确定之后，我们对系统模型的有效性进行验证

6、，主要方法为输入信号给定，将模型输出曲线与实际采集输出曲线进行比较，误差小于一定的指标要求，实验证得辨识模型真实可靠。由于机载雷达转台伺服系统需要在特殊环境稳定运行，如高低温环境、振荡环境等，需要在被控对象参数发生一定变化时系统仍然能够可靠运行。故后期基于辨识模型又进行了PID参数自整定的研究，主要为基于三环路的模糊智能控制方法的研究，使系统具有一定的鲁棒性。最后基于上述工作，对系统进行了闭环调试，结果表明伺服系统各项功能正常，与上位机可以可靠地通信。复合轴转台伺服系统的的辨识工作是根据工程上给定的一组输入输出数据，对复合轴伺服系统的粗转台模型进行辨识。这组数据为一

7、组椭圆航迹测试数据，经分析其主要成分为正弦信号，由于正弦信号无法在全频段充分激励系统，故我们对输入输出信号进行一阶差分和二阶差分运算，使其能够激励系统的各个模态。由于工程上存在噪声，我们应用最小二乘拟合法对输入输出信号进行滤波处理。根据处理后的这些输入输出数据，基于相关最小二乘两步法辨识出系统的各类模型。从这些模型中筛选出精度比较高的模型，并对模型的有效性进行了验证。复合轴伺服系统的精转台就是建立在这个粗转台之上的，因此对粗转台模型的辨识I西安电子科技大学硕士学位论文为后续精转台的设计提供了重要的依据。本文主要内容为对两个典型的伺服系统进行系统辨识工作，然后对辨