伺服系统中抑制机械谐振方法的研究

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1、伺服系统中抑制机械谐振方法的研究巩凤娇2015年12月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540伺服系统中抑制机械谐振方法的研究作者姓名巩凤娇学院名称自动化学院指导教师任雪梅教授答辩委员会主席张百海教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ResearchonMechanicalResonanceSuppressionforServoSystemsCandidateName：FengjiaoGongSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFacultyMentor:Prof.XuemeiRenChair,

2、ThesisCommittee：Prof.BaihaiZhangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作

3、的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要伺服系统在工业生产中广泛应用。在伺服系统中，因为电机和负载间的传动装置不是理想刚体，系统容易产生机械谐振。机械谐振会降低伺服系统的动态跟踪性能，甚至会使系统变得不稳定。本文针对传动装置不是理想刚体的伺服系统，从控制的角度研究了机械谐振的抑制方法，主要研究内容如下：（1）建立了二质量系统的模型，讨论了利用一般形式的控制器配置系统闭环主导极点来消除机械谐振的方法，根据系统的期望性能配置系统的闭环主导极点，给出了控制器参数的选取规则，并分析了每种主导极点配置方法的适用范围

4、。文中主要研究了闭环传递函数分母阶次为三和四时的情况，指出了利用IP控制器配置系统极点相比利用传统PI控制器配置系统极点的优越性。（2）针对IP控制器不能配置任意负载惯量比的二质量系统的极点的问题，分析了电机侧加速度反馈对二质量系统的影响，指出利用电机侧加速度反馈能够任意改变二质量系统的等效负载惯量比。同时，讨论了负载侧加速度反馈对二质量系统的影响，指出利用负载侧加速度反馈可以任意改变二质量系统的等效谐振频率，通过将系统的等效谐振频率调节到工作带宽之外来消除机械谐振的影响。（3）针对谐振频率较低的二质量系统，研究了基于低通滤波器的机械谐振抑制方法，设计了使电机端输入输出特性近似等效为参考模型

5、输入输出特性的低通滤波器，同时设计了基于参考模型的快速终端滑模控制律，保证了系统的动态跟踪性能。理论分析和仿真结果都证实了此种方法抑制伺服系统机械谐振的有效性。（4）针对部分参数未知且负载侧存在摩擦的二质量系统，研究了基于自适应动态面算法的控制方法，利用摩擦的连续可微模型构造了二质量系统的状态空间表达式，设计了基于自适应动态面算法的控制律，抑制了摩擦环节和机械谐振对系统的影响，保证了负载的动态跟踪性能。最后，仿真验证了此种方法的有效性。最后，总结了文中研究的几种机械谐振抑制方法，并以此为基础展望了未来消除机械谐振的方法。关键词：二质量系统；加速度反馈；低通滤波器；快速终端滑模；自适应动态面1

6、北京理工大学硕士学位论文AbstractServosystemsarewidelyusedinindustrialproduction.Inaservosystem,mechanicalresonancephenomenoniseasilytobetriggeredasthetransmissiondevicebetweenthemotorandtheloadisnotanidealrigidbody.Mechanicalresonancecanreducethetrackingperformanceofthesystem,andevenmakethesystemnolongerstable

7、.Inthisthesis,severalmethodstosuppressmechanicalresonanceforservosystemswhosetransmissiondevicesarenotidealrigidbodiesareinvestigatedontheaspectofcontrol.Contentsofthisthesisaremainlyarrangedasfollows:(1)Th