本文關(guān)鍵詞：兩相混合式步進(jìn)電機(jī)高性能伺服控制研究

  更多相關(guān)文章： 兩相混合式步進(jìn)電機(jī) 高性能伺服 位置控制 滑�？刂� 魯棒無源性控制

【摘要】：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)角位移或線位移的機(jī)電元件,具有控制簡單、工作可靠、定位精度高、無累積誤差等優(yōu)點(diǎn)。兩相混合式步進(jìn)電機(jī)作為目前步進(jìn)電機(jī)的主流,在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、航空航天等伺服控制領(lǐng)域在有著廣泛而重要的應(yīng)用。隨著工業(yè)應(yīng)用的不斷深入和相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對混合式步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的動穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等提出了更高的性能要求,傳統(tǒng)的開環(huán)控制因其響應(yīng)慢、易失步、存在共振區(qū)等缺點(diǎn)已經(jīng)不再適用,這使得研究混合式步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制勢在必行。兩相混合式步進(jìn)電機(jī)高性能伺服控制研究旨在尋求某種位置閉環(huán)控制策略,不僅在控制效果上優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制,而且在算法實(shí)現(xiàn)上又簡單可行,從而有利于拓寬該類電機(jī)的應(yīng)用范圍,適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展的需求,因此具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理進(jìn)行了介紹和分析,并在簡化的磁網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上詳細(xì)推導(dǎo)了其在兩個(gè)常用坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的矢量控制。然后以數(shù)學(xué)模型為依據(jù),將滑�？刂茟�(yīng)用于兩相混合式步進(jìn)電機(jī)中長行程的位置控制中,提出改進(jìn)的分段變指數(shù)趨近律并設(shè)計(jì)了滑模位置控制器,針對實(shí)際運(yùn)行時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動未知的問題,構(gòu)建了改進(jìn)的降階負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器。同時(shí),將無源性控制應(yīng)用于其小角度的位置控制中,針對非線性摩擦力擾動的問題,結(jié)合魯棒控制技術(shù),設(shè)計(jì)了在哈密頓模型下的基于狀態(tài)誤差模型的魯棒無源性位置控制器。最后,在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了兩相混合式步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)模型,并在相同條件下與傳統(tǒng)PID控制進(jìn)行了仿真對比,結(jié)果顯示,本文所設(shè)計(jì)的位置控制算法在動穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等方面性能更為優(yōu)異。此外,為了說明算法的實(shí)用性,以ARM微處理器為核心,設(shè)計(jì)了兩相混合式步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的硬件和軟件,完成了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了文中提出的控制策略在實(shí)現(xiàn)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)高性能伺服控制中的有效性和優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：兩相混合式步進(jìn)電機(jī) 高性能伺服 位置控制 滑�？刂� 魯棒無源性控制
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM383.6;TM921.541
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 步進(jìn)電機(jī)概述11-13
• 1.1.1 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展11-12
• 1.1.2 步進(jìn)電機(jī)的分類12-13
• 1.1.3 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)13
• 1.2 步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 步進(jìn)電機(jī)控制策略的發(fā)展和研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本論文研究的意義和主要內(nèi)容17-20
• 1.3.1 研究背景及意義17-18
• 1.3.2 本文主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其矢量控制20-33
• 2.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本運(yùn)行原理20-23
• 2.1.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的基本運(yùn)行原理21-23
• 2.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型23-29
• 2.2.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的磁網(wǎng)絡(luò)模型23-26
• 2.2.2 兩相靜止坐標(biāo)系下的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型26-28
• 2.2.3 dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型28-29
• 2.3 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的矢量控制29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 基于負(fù)載觀測器的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)滑模位置控制33-47
• 3.1 滑模控制的基本理論33-38
• 3.1.1 滑�？刂频臄�(shù)學(xué)描述33
• 3.1.2 滑�？刂频幕咎匦�33-34
• 3.1.3 滑模控制器的基本設(shè)計(jì)方法34-36
• 3.1.4 滑�？刂频娜舾蓡栴}36-38
• 3.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)滑模位置控制器的設(shè)計(jì)38-41
• 3.2.1 滑模面的選擇38-39
• 3.2.2 趨近律的改進(jìn)39-41
• 3.2.3 穩(wěn)定性分析41
• 3.3 負(fù)載轉(zhuǎn)矩降階觀測器的構(gòu)建41-46
• 3.3.1 全階負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器的設(shè)計(jì)42-44
• 3.3.2 降階負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器的改進(jìn)44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 基于魯棒無源性的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)小角度位置控制47-54
• 4.1 無源性控制的基本理論47-51
• 4.1.1 耗散性與無源性47-48
• 4.1.2 無源系統(tǒng)的穩(wěn)定性48-49
• 4.1.3 端口受控耗散哈密頓系統(tǒng)49
• 4.1.4 基于狀態(tài)誤差模型的無源性控制器設(shè)計(jì)49-51
• 4.2 Stribeck摩擦模型51
• 4.3 基于魯棒無源性的步進(jìn)電機(jī)小角度位置控制51-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)54-64
• 5.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)54-59
• 5.1.1 ARM微處理器的選型54-55
• 5.1.2 電源模塊55-56
• 5.1.3 主電路及功率驅(qū)動模塊56
• 5.1.4 反饋模塊56-58
• 5.1.5 接口模塊及其他輔助電路58-59
• 5.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)59-62
• 5.2.1 系統(tǒng)主程序59-60
• 5.2.2 中斷子程序60-62
• 5.3 系統(tǒng)控制平臺62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第六章 仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析64-75
• 6.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)滑模位置控制仿真及實(shí)驗(yàn)64-70
• 6.1.1 仿真模型的搭建64-66
• 6.1.2 仿真結(jié)果及分析66-69
• 6.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析69-70
• 6.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)魯棒無源性位置控制仿真及實(shí)驗(yàn)70-74
• 6.2.1 仿真模型的搭建70-71
• 6.2.2 仿真結(jié)果及分析71-73
• 6.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析73-74
• 6.3 本章小結(jié)74-75
• 總結(jié)與展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果82-83
• 致謝83-84
• Ⅳ-2答辯委員會對論文的評定意見84

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本文編號：616128