基于滑模控制的机械谐振抑制研究

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1、硕士学位论文基于滑模控制的机械谐振抑制研究MechanicalResonanceSuppressionResearchBasedonSlidingModeControl作者：丁博导师：周渊深教授中国矿业大学二〇一六年六月中图分类号TP273+.2学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文基于滑模控制的机械谐振抑制研究MechanicalResonanceSuppressionResearchBasedonSlidingModeControl作者丁博导师周渊深申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业控制科学与工程

2、研究方向滑模控制答辩委员会主席常俊林评阅人沈艳霞吴定会二○一六年六月论文审阅认定书研究生丁博在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢时光荏苒，转眼三年的研究生生涯就要画上句号。写到本文致谢部分又让我禁不住回忆刚入学时的场景。想想在这三年里有过那么多帮助我的人，我就庆幸无比，他们是：我的导师周渊深教授，我的指导老师吴迪博士，我的代

3、课老师徐启华教授，龚成龙教授，王经卓教授，刘瑞明老师，朱希荣老师，还有我的师弟薛硕和我们实验室的刘荣，白磊以及其他的师弟师妹。在此，我谨向他们表示衷心的感谢！值得欣慰的是，在这近三年的学习生活中，我没有一丝懈怠，我在努力的让自己成为一个更体面的人。本文在我的导师周渊深教授的指导下完成的，从论文的选题，研究方法和技术路线上都给了我直接的指导，导师严谨的治学态度和积极的创新精神让我深深的明白一个搞科研、搞学术的人该有的范儿和原则。从师三载，让我收获的不仅仅是学业，更有态度。在此，再次向我的导师致以深深的敬意。特别要感谢年轻的吴迪博士，在学

4、习和生活中给予帮助和指导，每次在我一筹莫展的时候总给我一种豁然开朗的感觉。和他一起在做道路机器人的时候不仅让我认识到理论和工程之间的距离，更让我体会到真正的学识不仅要懂理论，更要知技术。感谢徐启华教授，龚成龙教授，王经卓教授，刘瑞明老师，朱希荣老师，在学习中给予无私的帮助和指导。感谢我的师弟薛硕，和我一起讨论数学、历史、天文、地理、游戏、人生等各种命题，让我研究生的后两年丰富多彩。感谢我的室友刘荣、白磊和赵政，三年间建立起深厚的兄弟情义，感谢他们在学习和生活上对我的帮助和鼓励。感谢我的父母和女友，是他们支持和陪伴，伴我走过三年求学路。

5、摘要电机在驱动负载时，与负载组成双惯量系统。双惯量系统中，由于模型本身的特性，系统会不可避免的产生机械谐振。其直观表现在电机端的角速度和负载端的角速度有差值，系统伯德图中出现峰值；危害主要是造成设备机械部分的损伤，使设备达不到设计要求，降低设备使用年限。高性能的伺服驱动系统中，机械谐振的抑制问题已经成为判断伺服系统性能是否优良的一个重要参考指标。本文中对传统的谐振抑制方法进行分析，传统控制方法将电机端和负载端惯量进行等效处理，其控制策略主要还是针对电机端的控制。其中，基于PI的控制方法主要是增大系统的阻尼；基于陷波器的控制方法需要检测

6、或估计出被控系统的谐振频率，针对此谐振频率设计数字陷波器。此类方法在实际工程应用中主要因鲁棒性不佳的问题而受到限制。本文的研究中以双闭环的调速系统作为研究对象。速度控制器采用高阶(三阶)滑模控制器，电流控制器设计为二阶滑模控制器，以永磁同步电机（PMSM）作为驱动电机的双惯量系统为被控对象。分析了滑模控制器的设计原理和设计过程，提出一种新型趋近律，验证了新型趋近律在趋近过程中的快速性。通过设计滑模扰动观测器研究分析观测器在扰动存在的情况下观测的速度和准确性并通过Simulink仿真验证。分别采用电机端的速度反馈和负载端的速度反馈仿真比

7、较，验证了采用负载端速度反馈时抑制谐振的有效性及系统的鲁棒性。关键词：机械谐振；谐振抑制；高阶滑模；双惯量系统；速度反馈IAbstractWhendrivingloads,motorsandloadsconstitutedualinertiasystem.Thesystemwillinevitablyproducemechanicalresonanceduetothenatureofthemodelitself.Whichintuitiveperformanceinangulardifferencebetweenmotorandloa

8、d.Meanwhile,thebodediagramappearspeakvalue.Themainlyharmmanifestedinmechanicalpartsofequipmentdamage,makingthe