弹性扭转系统控制器的研究与设计.pdf

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1、学校代码：10255作者学号：2141149弹性扭转系统控制器的研究与设计RESEARCHANDDESIGNOFELASTICTORSIONSYSTEMCONTROLLER学院：信息科学与技术学院专业：控制科学与工程姓名：岳婷婷导师：石红瑞副教授2017年1月东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果

2、由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日弹性扭转系统控制器的研究与设计弹性扭转系统控制器的研究与设计摘要以转子为主体的燃气轮机、航空发电机等为代表的旋转机械在

3、电力、航空、纺织等领域都有着广泛的应用。在对旋转机械进行分析时，传动系统的负载比较大、转速比较高，因此并不能忽略驱动轴的弹性影响。多质量弹性扭转负载在运转过程中负载端和电机轴的转速不同，造成负载端的严重振荡进而会影响系统性能。本文主要针对这个问题，对多质量弹性扭转系统控制器进行了研究与设计。基于机理建模和实验建模两种方法，获得了多质量弹性扭转系统的数学模型。机理建模通过对电机和负载模块分别进行机理特性分析，得到各模块的传递函数；实验建模是将系统的开环阶跃响应数据导入到MATLAB系统辨识工具箱中，辨识得到系统的传递函数。针对对象衰减振荡、多容积滞后的特性，设计

4、了基于陷波滤波器的PID控制、基于内模原理的串级控制以及带有积分作用的模糊控制三种控制策略。依据被控对象的频率特性，设计了陷波滤波器，减小了广义对象的固有频率，加入陷波滤波器的PID控制器，能够有效抑制扭振；在串级控制方案中，将电机和第一、第二个质量体及连接弹簧为副对象，第三个质量体与连接弹簧为主对象，副控制器采用P控制，主控制器采用内模（IMC）原理设计，构成IMC-PID串级方案；另外本文还采用了带有积分作用的模糊控制策略。仿真结果表明各控I弹性扭转系统控制器的研究与设计制策略都能有效地抑制扭振。在贝加莱（B&R）可编程控制器（PCC）的硬件平台上，通过S

5、imulink和B&R组态软件AutomationStudio（AS）的无缝连接，将Simulink控制器转换生成C语言代码，实现了基于陷波滤波器的PID控制和串级控制两种算法；直接在AS软件中使用C语言编程实现了带有积分作用的模糊控制算法。将三种控制策略应用于第三个质量体的转速控制，实验结果表明，各控制策略都可以有效抑制扭振，且模糊控制的效果更好。关键词：多质量弹性扭转系统；系统建模；陷波滤波器；模糊控制；串级控制II弹性扭转系统控制器的研究与设计RESEARCHANDDESIGNOFELASTICTORSIONSYSTEMCONTROLLERABSTRAC

6、TTherotatingmachinerysuchasgasturbineandaeronauticgeneratoriswidelyusedinelectricpower,aviation,textileandetc.Theelasticinfluenceofthedriveshaftcannotbeneglectedbecauseofthelargeloadandhighrotationalspeed.Therearethreekindsofelastomericloads,mult-masselastictorsionloads,elastictensi

7、onloadsandmulti-motordriveloadsconnectedbyelasticshaft.Multi-masselastictorsionloadsareextensivelyusedinrobotarmandjointmovemntandotherfields.Theflexiblespringofdriveshaftcausesoscillating.Therefore,theresearchanddesignoftheelastictorsionsystemisofgreatpracticalsignificance.Themodel

8、ofelastictorsionsys