伺服驅(qū)動系統(tǒng)機械諧振問題研究.pdf

1、交流伺服系統(tǒng)是運動控制系統(tǒng)的重要組成部分，在交流伺服系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，當電機轉(zhuǎn)動軸與執(zhí)行機構(gòu)之間存在彈性連接時，電機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和傳動轉(zhuǎn)矩會產(chǎn)生機械諧振，惡化伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性，甚至會導致整個運動控制系統(tǒng)失去穩(wěn)定。因此，研究伺服系統(tǒng)機械諧振問題對改善系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性具有重要的意義。本文以改善伺服系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能為目的，針對伺服驅(qū)動系統(tǒng)中機械諧振問題，研究抑制伺服系統(tǒng)機械諧振的相關(guān)方法，即伺服系統(tǒng)機械傳動部分的模型辨識、基于模

2、型的機械諧振抑制策略和基于頻率特性搜索的機械諧振抑制策略。
　　本文首先建立了包含多質(zhì)量體的伺服機械諧振系統(tǒng)數(shù)學模型，對系統(tǒng)的機械諧振成因進行了分析；在此基礎(chǔ)上分別討論了機械傳動部分的諧振頻率特性與伺服系統(tǒng)性能的關(guān)系；具體分析了慣量比、傳動裝置的剛度和粘滯阻尼系數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性、動態(tài)性能的影響，為設(shè)計抑制機械諧振的控制策略奠定理論分析基礎(chǔ)。
　　根據(jù)機械傳動部分模型的先驗知識可以針對性地設(shè)計有效的控制策略，使控制系統(tǒng)的響應(yīng)性能

3、滿足要求。為了全面獲得表征機械傳動模型的變量與參數(shù)，本文通過分析機械諧振系統(tǒng)負載側(cè)摩擦轉(zhuǎn)矩的特點，對負載側(cè)的庫倫摩擦轉(zhuǎn)矩進行了估算；設(shè)計了合理的chirp信號作為伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩電流給定，有效地激勵并識別出系統(tǒng)的頻率特性；同時將遺傳算法與粒子群算法進行結(jié)合，提出了基于遺傳粒子群算法（Breed Particle Swarm Optimization，BPSO）的參數(shù)辨識算法，辨識得到機械傳動部分的關(guān)鍵模型參數(shù)。
　　基于機械傳動部分的

4、模型可以設(shè)計主動的機械諧振抑制策略，改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。本文提出了一種改進型內(nèi)模控制策略及其在伺服機械諧振系統(tǒng)中的設(shè)計方法，并分析了該策略抑制伺服系統(tǒng)機械諧振的機理。討論了內(nèi)模控制策略在伺服機械諧振系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和魯棒性，并在此基礎(chǔ)上，闡述了改進型內(nèi)?？刂撇呗灾械膮?shù)設(shè)計原則。
　　在機械傳動部分存在多個諧振點時,精確描述其實際特性的數(shù)學模型較為困難，為了有效抑制伺服系統(tǒng)的機械諧振，需要研究伺服系統(tǒng)機械諧振被動抑制策略。本文通

5、過分析諧振頻率特性，提出了一種頻率特性迭代搜索算法，得到了反諧振頻率，諧振頻率及其對應(yīng)的幅值增益和頻寬；根據(jù)得到的諧振頻率特性，設(shè)計了改進型的陷波濾波器并優(yōu)化了濾波器的參數(shù)，實現(xiàn)了對伺服系統(tǒng)機械諧振的被動抑制，改善了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。
　　最后搭建了伺服機械諧振系統(tǒng)實驗平臺，對論文研究的伺服系統(tǒng)機械傳動部分的模型辨識策略、基于模型的伺服系統(tǒng)機械諧振抑制控制策略、基于頻率特性搜索的伺服系統(tǒng)的機械諧振抑制方法進行了深入的實驗研究和分