基于軸矩限幅控制的機械諧振抑制技術.pdf

1、伺服驅(qū)動系統(tǒng)常利用彈性傳動軸、聯(lián)軸器等裝置連接電機與負載，該系統(tǒng)可簡化為雙慣量彈性系統(tǒng)。傳動裝置的彈性往往會引發(fā)系統(tǒng)的機械諧振，若系統(tǒng)長期工作于此狀態(tài)，必然會導致性能惡化，縮短各零部件壽命。此外，若系統(tǒng)運行時的軸矩超過傳動軸承受能力，還會引發(fā)斷軸等現(xiàn)象。因此，采取相應策略抑制機械諧振及實現(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)為研究對象，主要針對由于連接裝置的彈性引發(fā)的機械諧振、無法限制軸矩幅值的現(xiàn)象進行研究，

2、并利用主動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)動系統(tǒng)抽象出雙慣量彈性系統(tǒng)模型，根據(jù)其運行過程，建立數(shù)學表達式。求得未加入速度控制器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，根據(jù)實際系統(tǒng)參數(shù)，通過傳遞函數(shù)中的零極點分析得到該系統(tǒng)頻率特性，并對系統(tǒng)本身存在的機械諧振及軸矩幅值無法控制現(xiàn)象進行仿真。
　　然后，為了控制系統(tǒng)諧振及軸系不安全性，采用三種方法設計基于PI控制的速度控制器。第一種方法采取不考慮系統(tǒng)彈性的工程法設計PI

3、參數(shù)；第二種方法利用極點配置法對PI參數(shù)進行整定優(yōu)化，通過限定系統(tǒng)極點阻尼系數(shù)相同，優(yōu)化極點位置；第三種方法在第二種基礎上，加入軸矩狀態(tài)反饋，改善系統(tǒng)諧振特性。使用三種方法進行仿真，得到相應波形。
　　此外，由于PI控制不能對軸矩實現(xiàn)任意限幅功能，本文設計了基于雙慣量彈性系統(tǒng)的模型預測控制器。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，設計出基于雙慣量彈性系統(tǒng)的模型預測控制器。

4、為了實現(xiàn)在片上系統(tǒng)中的應用，將其計算轉(zhuǎn)化為一部分在線、一部分離線過程。隨后，分析了模型預測控制（MPC）對軸矩任意限幅的制約條件，并給出相應仿真波形。
　　最后，在雙慣量彈性系統(tǒng)實驗平臺上做出機械諧振及軸矩幅值無法控制現(xiàn)象的高低速實驗波形；同時對基于工程法、極點配置法、軸矩狀態(tài)反饋法的PI控制及模型預測控制的高低速階躍響應進行了實驗驗證。對比四種控制策略的實驗結(jié)果，得到模型預測控制為最優(yōu)策略，在抑制機械諧振、實現(xiàn)軸矩任意限幅的基礎