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伺服系统低速特性与抖动补偿研究

陈娟

  光电精密跟踪技术是航空航天与航海领域中的一项核心技术。转台伺服系统作为光电精密跟踪系统的硬件设备,在光电精密跟踪系统的研制中起着极其重要的作用。转台伺服系统的位置精度,速度精度和速度平稳性是光电跟踪系统设计的重要指标,而对深空光测系统,则要求其具有稳定的最低速度以及低速时高的工作精度。因此,伺服系统的低速问题一直是人们不断探索的课题。转台伺服系统低速工作精度主要受到以摩擦力矩、电机波动力矩为主的扰动力矩的影响,而摩擦力矩、电机波动力矩的减小又受到转台制造工艺水平的限制,所以,转台伺服系统的低速特性以及抖动补偿研究,对结构简单、性能优良的精密光电跟踪系统的研制,具有相当重要的意义。本文以718模型转台为研究对象,针对伺服系统低速工作时影响其精度的非线性摩擦力矩、电机波动力矩,从理论上进行了一系列的分析和仿真研究,讨论了低速补偿方法,并在718模型转台伺服控制系统中实验验证了补偿方法的可行性和有效性。首先对转台伺服系统低速特性进行了分析,从理论上讨论了影响转台伺服系统低速性能的主要因素。进行了摩擦力矩和电机波动力矩的实验测试,实验验证了非线性摩擦模型的准确可靠性,电机力矩波动的周期性。给出摩擦作用下的系统最低稳定速度限以及电机波动力矩作用下的系统速度误差,由此定性得到了抑制摩擦和电机力矩波动干扰的措施。针对非线性摩擦对系统低速性能的影响,根据自适应控制理论,采用李雅普诺夫稳定理论,首先设计了基于库仑摩擦的模型参考模型自适应控制系统,考虑到转台伺服系统低速时工作在Stribeck区的真实情况,理论上综合出利用非线性Stribeck摩擦模型的自适应控制器,并进行了仿真研究。针对摩擦模型参数未知或不精确的情况以及周期性的电机力矩波动,提出了重复与迭代学习控制方法,讨论了采用重复控制后系统的稳定性问题,并得到了相应的稳定条件。将重复控制引入转台伺服系统后,加入了低通滤波器以放松稳定条件。考虑到重复控制在速度穿越零点时对系统干扰力矩的抑制能力,仿真时引入了正弦信号。最后进行了模型转台计算机控制、数据采集与实验研究,对系统的主要性中科院博士论文 伺服系绞低速特性S抖动六‘偿研究能进行了实验测试。针对第三章中提到的基于摩擦模型的自适应低速补偿方法,以及第四章提出的不基于模型的重复-迭代学习控制的低速补偿方法,在系统中分别引入了斜坡信号和正弦信号进行了实验测试,并与PID控制结果进行了比较。验证了两种补偿方法的可行性和有效性。……   
[关键词]:低速;抖动;摩擦模型;电机力矩波动;齿槽;自适应;重复控制
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2001年