本文關(guān)鍵詞：雙慣量彈性系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)觀測器設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：交流伺服系統(tǒng)以其優(yōu)越的性能廣泛地應(yīng)用于工業(yè)及運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。在軋鋼機(jī)、機(jī)器人關(guān)節(jié)等常見的電拖機(jī)構(gòu)中,普遍地存在著由于連接裝置有限彈性引發(fā)的機(jī)械諧振以及負(fù)載變化造成的動(dòng)態(tài)干擾現(xiàn)象。這兩種現(xiàn)象的存在不僅造成設(shè)備本身的損壞,而且會(huì)嚴(yán)重地影響生產(chǎn)流程及效率、降低工件質(zhì)量,惡化其控制品質(zhì),制約了工業(yè)裝備制造的發(fā)展。所以解決抗諧振與抗干擾問題具有重大的現(xiàn)實(shí)意義及影響。本文首先研究單慣量系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)觀測器(Disturbance Observer,DOB),并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。單慣量系統(tǒng)存在著因負(fù)載突變或其他外部影響引發(fā)的動(dòng)態(tài)速降以及低速轉(zhuǎn)速脈動(dòng)問題。利用設(shè)計(jì)的改進(jìn)型觀測器可有效解決上述問題,DOB應(yīng)用效果通過仿真予以驗(yàn)證。其次對軋機(jī)等傳動(dòng)設(shè)備進(jìn)行雙慣量建模,對相關(guān)機(jī)理進(jìn)行分析。著重研究了雙慣量抗諧振與抗干擾存在的矛盾,通過仿真予以驗(yàn)證。為了解決此矛盾,提出了一種基于觀測器法狀態(tài)反饋控制策略。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)載端無相應(yīng)的檢測反饋設(shè)備,故采用觀測器法獲取負(fù)載端狀態(tài)量。其目的在于抑制諧振造成的速度波動(dòng),增強(qiáng)負(fù)載突變時(shí)系統(tǒng)的抗擾能力,使其具有較好地抑制動(dòng)態(tài)變化的性能。該方案是將分?jǐn)?shù)階擾動(dòng)觀測器(Fractional Order Disturbance Observer,FO-DOB)與狀態(tài)觀測器結(jié)合,本文對二者的機(jī)理與具體實(shí)現(xiàn)做了詳細(xì)的研究及闡述,仿真驗(yàn)證了所提方法的有效性。最后在單慣量及雙慣量測試平臺上對上述算法進(jìn)行驗(yàn)證。單慣量負(fù)載擾動(dòng)觀測器可有效解決其抗擾和低速脈動(dòng)問題。針對雙慣量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的負(fù)載擾動(dòng)觀測器,不僅可有效預(yù)估系統(tǒng)負(fù)載端的狀態(tài)量,而且可以解決抗諧振與抗干擾的矛盾,同時(shí)提升系統(tǒng)的諧振抑制與干擾抑制能力。
【關(guān)鍵詞】：雙慣量系統(tǒng) 擾動(dòng)觀測器 機(jī)械諧振 干擾抑制 狀態(tài)反饋
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題背景及研究的目的與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外該方向的研究及發(fā)展現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 機(jī)械諧振抑制10-12
• 1.2.2 干擾抑制12-13
• 1.2.3 負(fù)載觀測器的應(yīng)用13-14
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 單慣量系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)觀測器設(shè)計(jì)15-24
• 2.1 機(jī)理分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-18
• 2.2 突加負(fù)載的動(dòng)態(tài)速降抑制18-21
• 2.2.1 動(dòng)態(tài)速降及影響18-19
• 2.2.2 突加干擾抑制仿真19-21
• 2.3 周期性轉(zhuǎn)速脈動(dòng)抑制21-23
• 2.3.1 周期脈動(dòng)機(jī)理分析21-22
• 2.3.2 低速下轉(zhuǎn)速脈動(dòng)抑制仿真22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 雙慣量系統(tǒng)抗諧振與抗干擾抑制矛盾分析24-32
• 3.1 雙慣量系統(tǒng)分析與建模24-26
• 3.2 抗諧振與抗干擾抑制矛盾分析與仿真驗(yàn)證26-31
• 3.2.1 抗諧振與抗干擾抑制矛盾分析26-27
• 3.2.2 仿真驗(yàn)證27-31
• 3.3 本章小結(jié)31-32
• 第4章 基于觀測器的雙慣量諧振與干擾抑制研究32-49
• 4.1 基于觀測器的狀態(tài)反饋控制32-33
• 4.2 分?jǐn)?shù)階擾動(dòng)觀測器設(shè)計(jì)33-36
• 4.2.1 FO-DOB機(jī)理分析與設(shè)計(jì)33
• 4.2.2 分?jǐn)?shù)階算法的實(shí)現(xiàn)33-36
• 4.3 雙慣量系統(tǒng)狀態(tài)觀測器36-40
• 4.3.1 狀態(tài)觀測器原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)36-38
• 4.3.2 負(fù)載慣量及傳動(dòng)軸剛度獲取38-40
• 4.4 觀測器離散化與極點(diǎn)配置40-43
• 4.4.1 觀測器離散化方法40-42
• 4.4.2 觀測器極點(diǎn)配置42-43
• 4.5 基于負(fù)載擾動(dòng)觀測器的仿真研究43-48
• 4.5.1 仿真平臺及參數(shù)43-44
• 4.5.2 負(fù)載狀態(tài)觀測結(jié)果44-46
• 4.5.3 諧振抑制與干擾抑制仿真結(jié)果46-48
• 4.6 本章小結(jié)48-49
• 第5章 負(fù)載擾動(dòng)觀測器實(shí)物測試與驗(yàn)證49-63
• 5.1 測試平臺及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容49-51
• 5.2 單慣量負(fù)載擾動(dòng)觀測器實(shí)驗(yàn)51-54
• 5.2.1 突加干擾抑制測試51-53
• 5.2.2 低速下轉(zhuǎn)速脈動(dòng)抑制測試53-54
• 5.3 雙慣量負(fù)載擾動(dòng)觀測器實(shí)驗(yàn)54-62
• 5.3.1 抗諧振與抗干擾矛盾驗(yàn)證54-57
• 5.3.2 基于FO-DOB的諧振抑制測試57-58
• 5.3.3 狀態(tài)觀測器負(fù)載量估測58-60
• 5.3.4 諧振抑制與干擾抑制實(shí)驗(yàn)60-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68-70
• 致謝70

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