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不确定非线性机电位置伺服系统控制方法研究

王红红  
【摘要】:机电位置伺服系统是一种应用极为广泛的自动化系统。本文以一个具体的不确定非线性机电位置伺服系统(某一型号的伺服系统)的预研为背景,针对不确定非线性机电位置伺服系统的研究现状、存在的主要问题以及工程实际应用的基本要求,对系统的结构和控制进行了理论及仿真研究,建立起系统化的设计框架,并将研究成果应用到该不确定非线性机电位置伺服系统,取得了良好的控制效果。本文的主要工作和所取得的研究成果有以下几个方面: 1.对存在非线性和不确定性的机电位置伺服系统,建立了接近工程实际的系统模型。对影响系统性能的非线性摩擦、机电综合谐振、动力齿轮传动链空回、PWM载波频率等主要因素进行了分析,并采用了相应的摩擦辨识与补偿、消隙传动、控制输出非线性调制等方法,以消除或减弱其对系统的影响。 2.针对实际的不确定非线性机电位置伺服系统,研究了三种不同的系统结构和控制器设计方法: (1)基于PID控制策略和滑模控制策略,以工程近似方法设计了具有三个控制环路结构的双模控制系统。建立了一种可以产生任意有限幅值和频率的对称三角波的算法;提出了一类线性系统的非线性控制方法。 (2)基于自适应控制原理设计了系统的速度环路,以控制器参数在线调整方式应对非线性、不确定性和模型简化对系统的影响。提出了一种改进的模型参考自适应控制策略;针对自适应控制器参数快速调整过程系统的稳定性问题,提出了一种简便的解决方法。 (3)基于变结构控制原理和自适应原理,对应系统的两种不同工作模式,分别设计了相应的控制器。提出了一种改进的指数趋近律。 3.为方便伺服系统工程师构建一个满足指标要求的系统,开发了一个简易的机电位置伺服系统计算机辅助设计软件包。使伺服系统工程师能够应用该软件包,在已知系统指标要求前提下,借助软件提示,输入各已知数据,最终可设计出满足系统指标要求的机电位置伺服系统。


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