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超环面机电传动系统的控制策略研究

聂岭  
【摘要】:超环面机电传动系统是一种集成了超环面行星蜗杆传动和永磁同步电机特性的新型传动方式。它实现了原动机和减速机构的结合,使机电传动系统得到简化,这使得它在航空航天等对空间利用率要求很高的场合具有潜在的应用前景。本文从超环面机电传动系统的结构特点、工作原理、参数分析及优化、控制系统设计以及样机控制实验等几个方面进行了深入的研究。基于超环面机电传动系统的特殊结构,对行星轮永磁齿进行受力分析,得到了体现超环面机电传动系统混合励磁特性的数学模型。采用控制变量法,对模型中几个主要的机械参数和电磁参数进行分析,得出了它们对系统性能的影响规律并进行参数优化。在优化参数的基础上分析了系统在校正前的响应特性。得出的结论是优化参数组对系统性能的改善是有限的,需要引入控制器来进一步提高系统的性能。引入PI控制器,结合经典控制理论中的根轨迹法得到控制器参数的解析解,对比了校正前后系统响应性能的变化。为了提高系统的抗干扰能力,基于ITAE准则设计了PID控制系统,分析了闭环控制系统对干扰的抑制能力。传统PID控制器在参数设定之后不方便改变,针对这一问题,结合控制理论和人工控制经验制定模糊控制规则,设计了基于模糊规则的PID自整定控制系统,实现了控制器参数的在线自动调整,增强了系统的鲁棒性。利用超环面机电传动系统样机和电机测试系统搭建了实验平台,并进行了样机闭环控制实验,验证了理论研究的正确性,为超环面机电传动系统的实际应用提供了理论指导。


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