高频响角振动台控制系统的研究

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转台伺服系统在各行各业中均有广泛的应用,研究转台有重要的现实意义。衡量转台伺服系统的性能有许多项指标,其中比较重要的指标有频响、精度、调速范围等。高频响指系统的工作带宽范围高,跟踪高频信号的能力强,频带高的转台工作带宽能达到1k Hz以上。在实际的运行中,高频转台常常会产生机械谐振的现象,机械谐振是影响转台提升带宽的重要因素之一。因此,研究转台伺服系统机械谐振的产生原因以及研究机械谐振的抑制方法,对高频响转台的性能提高至关重要。本论文首先对高频转台伺服系统从机械传动部分和电气部分两个角度建立了数学模型。为简化分析,将电机驱动环节简化为双惯量模型,依据该模型深入分析了其谐振现象及其产生的原因。然后,本文针对系统可能产生的机械谐振的现象,分析了多种抑制机械谐振的方法,包括PI控制方法,PI结合加速度反馈的控制方法,基于扭矩扰动观测器的谐振抑制方法,基于陷波滤波器的谐振抑制方法等。分别采用这些方法对简化的转台模型进行仿真实验,对各方法的谐振抑制效果进行评估,仿真结果表明,单纯的采用PI控制的方法无法完全抑制机械谐振,其余各方法均能对机械谐振产生非常明显的抑制作用。此外,根据谐振产生的原因,设计简化的谐振模型,采用滑模变结构控制对该模型进行控制。采用滑模变结构的控制方法具有无需系统在线辨识等优点,在转台控制的领域具有很大的研究价值。最后,介绍本转台控制系统的软硬件基础,在实际系统上进行实验,得到了满意的结果。
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