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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2005年
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直流PWM伺服系统低速平稳性研究

翟百臣  
【摘要】:直流PWM 伺服系统低速平稳性影响跟踪系统的精度,随着精密跟踪技术的发展,对跟踪系统性能和精度的要求不断提高,相应的要求提高伺服系统的精度。但伺服系统精度的提高却受到非线性摩擦力矩等干扰力矩的限制。因此设计高性能PWM 放大器、研究伺服系统的摩擦力矩和补偿方法,对研制结构简单且性能优良的精密直流伺服系统具有重要的应用价值。 本文以718 模型转台为实验对象,针对系统中存在的非线性摩擦影响,从理论上对摩擦对伺服系统的影响进行了分析,研究了基于LuGre 摩擦模型的补偿方法,研制了基于智能率模块IPM 的PWM 功率放大器,通过实验分析了PWM功率放大器对伺服系统低速性能的影响。最后将基于LuGre 摩擦模型的补偿方法在718 转台上进行了实验验证。 针对摩擦对系统低速性能的影响,提出了非平滑Lyapunov 函数的分析方法,分析了带有摩擦的伺服系统的稳定性,从理论上给出了系统不出现低速爬行的充分条件。针对摩擦模型参数未知的情况下,给出了模型参数递推估计的辨识方法,设计了LuGre 摩擦观测器,根据自适应控制理论,推导出基于LuGre 摩擦模型的自适应控制器,最后应用前面辨识出的摩擦力矩和LuGre 摩擦模型参数,就观测器摩擦补偿和自适应摩擦补偿进行仿真研究,给出了仿真结果。 以光电精密跟踪实验室718 转台为研究对象,对系统的主要性能参数进行了测试。采用C 语言实现LuGre 摩擦观测器和基于LuGre 摩擦模型的自适应控制器的设计,对系统中的摩擦影响进行补偿,给出系统的运行曲线,并比较采用几种不同补偿方法时系统的输出特性。实验结果表明,利用本文提出的LuGre 摩擦模型自适应补偿有效地抑制非线性摩擦对系统输出造成的影响,从而提高了系统的低速运行特性。 最后分析了双极PWM 功率放大器的工作原理和电枢电流的大小和规律,探讨了PWM 伺服系统中电机的微振特性,以及PWM 延时死区对伺服系统低速性能的影响。最后针对PWM 功率放大器对伺服系统低速性能影响做了实验研究,验证了双极模式能够改善系统的低速性能。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TM921.541

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