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三轴摇摆台伺服系统设计及精度问题研究

张志富

   三轴转台作为航空、航天、国防等领域中进行仿真和测试的关键硬件设备,在科学实验中起到重要作用,其性能的优劣直接关系到仿真和测试试验的可靠性和置信度。目前,转台的整体性能正在向着高精度、高频响、多功能、自动化的方向发展,这就对转台的控制系统设计提出了更高的要求。本文以实际工程项目“120公斤三轴摇摆台的研制”为依托,主要设计了基于安川伺服电机和PMAC运动控制卡的三轴摇摆台交流伺服系统,并重点针对齿隙的非线性环节引起的系统精度问题进行研究,给出提高转台精度的控制策略。该研究工作对三轴转台控制方法的探讨,以及提高转台控制系统的频响和动态伺服精度具有比较实用的工程价值。 文章首先介绍了三轴摇摆台伺服系统的总体组成及各部分的工作原理,给出了系统控制回路的具体工程实现。接下来用理论分析的方法建立了伺服系统的数学模型,包括线性部分模型和含有齿隙的非线性模型。在齿隙环节的研究中,文章从经典控制理论角度提出了角速度差反馈的控制策略,仿真结果表明角速度差反馈能有效地提高系统跟踪精度,但不能消除齿隙环节引起的系统振荡。通过对齿隙问题的具体分析,本文还提出了切换控制策略,在系统主、从动部分的接触阶段采用PID控制,使系统输出跟踪期望目标;在系统进入齿隙阶段采取基于时间最优的滑模控制,保证驱动部分快速通过齿隙;并设计了基于Lyapunov稳定性理论的切换机制,保证系统在合适的时刻进行PID控制和滑模控制策略的切换。仿真结果表明切换控制能很好地消除齿隙影响,提高系统精度。 最后,本文设计了摇摆台上位机人机操作界面程序,实现了上下位机之间的通信,最终完成了对摇摆台系统的运动控制。……   
[关键词]:三轴摇摆台;伺服系统;齿隙补偿;角速度反馈;切换控制
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2010年
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