精密离心机主轴的实时重复控制系统研究

【摘要】： 精密离心机是用于标定和测试惯性元器件的大型高精度测试设备,一些微小的干扰或者误差都可能会影响精密离心机的速率平稳度。这种高精度特性使得精密离心机控制系统在设计时存在两个关键问题。其一为干扰抑制问题,其二为多个子系统协调控制及实时响应问题。本文以实际精密离心机为背景,对以上两个问题进行了研究。 首先,本文对影响精密离心机速率平稳度的主要因素波动力矩,进行了理论分析。主要分析了波动力矩产生的机理,探究其内部的物理和数学规律,分析实际系统的特点和要求,得到对系统影响较大的波动力矩的具体数学表达式,并且通过仿真试验验证其对系统的影响。 其次,针对波动力矩的周期性,本文提出了重复控制方法进行抑制,并具体研究了重复控制系统的稳定性、稳态跟踪性能、扰动抑制及鲁棒稳定性。以此为基础给出了重复控制系统的设计方法,并设计出实际系统的重复控制器。系统仿真结果表明,设计的重复控制器能够有效的克服波动力矩干扰,各项性能优于常规控制器。 最后,针对精密离心机实时控制的要求,本文研究了基于RTX(Real-Time Extension)实时控制系统的设计和实现方法。研究了Windows NT操作系统以及实时子系统RTX的体系结构、主要功能特性、各自及相互间的通信机制,阐述了Windows NT系统的在实时方面的缺陷和RTX系统在实时性上的优越性,并设计出程序具体比较了二者的实时性能,最后完成实时控制系统的软件设计。