永磁伺服驱动系统中的振动抑制研究

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永磁伺服驱动控制系统被广泛运用于工业生产的各个领域中。为了提高系统灵活性,伺服系统经常使用到柔性连接传动装置,这些柔性连接装置会引起速度,位置传输滞后,给系统控制带来振动。而这样的抖动在一些位置控制工况下,会严重影响被加工的工件质量。因此为了确保控制对象系统的稳定性,通常做法是降低伺服控制响应,但是这阻碍了伺服控制向高精度高响应的控制方向的发展。所以,研究伺服控制系统中振动抑制问题时十分有必要的。本文在总结国内外研究工作上,针对控制系统中不同的频率段的抖动分别进行了抑振研究。其主要工作如下:本文根据二惯性系统模型,探讨了伺服驱动系统产生振动的原因。针对低频振动(<100Hz),提出了位置误差过峰值检测振动频率,以及新型转矩前馈抑制方法进行振动抑制, 并运用系数图表法(CDM)设计了控制器参数准则。在此基础上分析了系统bode图,先从理论上解释了本文提出的方法的有效性,并加以实验验证,实现了低频振动的有效抑制。然后对中频振动(100-1000Hz),同样首先分析了振动原因。与低频振动不同,中频振动主要是发生在高增益速度环下。为了提高伺服系统的响应速度,提高速度环增益是最直接的方法,但是提高的速度环增益这种方法虽然加速了响应速度,但是也会给系统带来振动。本文根据控制模型的传递函数bode图从理论上研究了振动频率与控制对象模型参数的关系。提出了利用低阶观测器估算振动信息,并把它作为补偿添加到反馈回路上的振动抑制方法。对于振动频率的检测,采用FFT对速度误差进行频谱分析,提出振动频率,根据振动频率设计了振动信号估算观测器的参数。解决了高增益速度环下的中频振动抑制问题。当负载惯量比,即负载惯量与电机惯量而相比较小,而系统柔性连接的弹性系数较大时,系统的谐振频率可能会较高(>400Hz)。此时的振动持续时间较长,并伴有刺耳噪声。本文研究出了一种基于自适应的PEAK滤波器的双级联陷波器结构来进行高频振动抑制。保证了高频振动检测在高阻尼系统在下的振动频率检测的准确性,从而保证陷波器对高频抑制的有效性。此外,为了提高伺服系统的抗干扰性,本文提出了低阶龙贝格扰动转矩观测器,从系统传递函数出发,分析了观测器参数设计准则;本文还研究了基于自抗扰非线性扰动观测器,利用仿真研究表明了自抗扰观测器在振动抑制系统中的运用。总体上,本文从系统传递函数出发,分别对低,中,高频振动采用了不同的振动抑制方法,并详细描述了各控制参数设计。最后利用仿真实验验证了方法的理论有效性,并通过实验证明了该系列振动抑制方法的实践可靠性,以及系统抗扰动性能的提高。
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