基于軸矩限幅控制的機(jī)械諧振抑制技術(shù).pdf

1、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常利用彈性傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器等裝置連接電機(jī)與負(fù)載，該系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為雙慣量彈性系統(tǒng)。傳動(dòng)裝置的彈性往往會(huì)引發(fā)系統(tǒng)的機(jī)械諧振，若系統(tǒng)長(zhǎng)期工作于此狀態(tài)，必然會(huì)導(dǎo)致性能惡化，縮短各零部件壽命。此外，若系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的軸矩超過(guò)傳動(dòng)軸承受能力，還會(huì)引發(fā)斷軸等現(xiàn)象。因此，采取相應(yīng)策略抑制機(jī)械諧振及實(shí)現(xiàn)軸矩限幅控制具有重要的研究意義。
　　本文以雙慣量彈性系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要針對(duì)由于連接裝置的彈性引發(fā)的機(jī)械諧振、無(wú)法限制軸矩幅值的現(xiàn)象進(jìn)行研究，

2、并利用主動(dòng)改變速度控制器參數(shù)或結(jié)構(gòu)的方式消除上述現(xiàn)象。
　　論文首先從伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)抽象出雙慣量彈性系統(tǒng)模型，根據(jù)其運(yùn)行過(guò)程，建立數(shù)學(xué)表達(dá)式。求得未加入速度控制器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)，通過(guò)傳遞函數(shù)中的零極點(diǎn)分析得到該系統(tǒng)頻率特性，并對(duì)系統(tǒng)本身存在的機(jī)械諧振及軸矩幅值無(wú)法控制現(xiàn)象進(jìn)行仿真。
　　然后，為了控制系統(tǒng)諧振及軸系不安全性，采用三種方法設(shè)計(jì)基于PI控制的速度控制器。第一種方法采取不考慮系統(tǒng)彈性的工程法設(shè)計(jì)PI

3、參數(shù)；第二種方法利用極點(diǎn)配置法對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行整定優(yōu)化，通過(guò)限定系統(tǒng)極點(diǎn)阻尼系數(shù)相同，優(yōu)化極點(diǎn)位置；第三種方法在第二種基礎(chǔ)上，加入軸矩狀態(tài)反饋，改善系統(tǒng)諧振特性。使用三種方法進(jìn)行仿真，得到相應(yīng)波形。
　　此外，由于PI控制不能對(duì)軸矩實(shí)現(xiàn)任意限幅功能，本文設(shè)計(jì)了基于雙慣量彈性系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制器。根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)方程與限幅條件，利用MPT（Multi-Parametric Toolbox）工具箱，設(shè)計(jì)出基于雙慣量彈性系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制器。

4、為了實(shí)現(xiàn)在片上系統(tǒng)中的應(yīng)用，將其計(jì)算轉(zhuǎn)化為一部分在線、一部分離線過(guò)程。隨后，分析了模型預(yù)測(cè)控制（MPC）對(duì)軸矩任意限幅的制約條件，并給出相應(yīng)仿真波形。
　　最后，在雙慣量彈性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做出機(jī)械諧振及軸矩幅值無(wú)法控制現(xiàn)象的高低速實(shí)驗(yàn)波形；同時(shí)對(duì)基于工程法、極點(diǎn)配置法、軸矩狀態(tài)反饋法的PI控制及模型預(yù)測(cè)控制的高低速階躍響應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)比四種控制策略的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到模型預(yù)測(cè)控制為最優(yōu)策略，在抑制機(jī)械諧振、實(shí)現(xiàn)軸矩任意限幅的基礎(chǔ)