交流永磁伺服系统定位末端抖动抑制

摘要

在伺服系统中,特别对位置伺服来说,快速跟踪性能和定位精度之间往往相互制约,快速跟踪性往往要求位置控制器刚度较大,加上实际系统中不可避免的存在采样延时等滞后环节,会使得伺服系统在定位时出现超调甚至抖振,从而影响系统的稳态精度。此外,在工业机器人等伺服系统的应用中,一些弹性传动装置经常被广泛利用。这些弹性传动装置会引起位置传输的滞后误差,引入抖振点,这样伺服系统由高转速突然定位的时候,其负载末端会发生强烈的抖振现象。定位抖动现象会严重影响被加工工件的表面质量,长期作用还会造成机械联接装置的磨损,损坏机床,严重时会酿成生产事故。
　　本文首先研究了带刚性负载条件下伺服系统定位末端抖动。伺服系统由于位置环控制环路较长,采样延时问题严重,定位时往往会出现超调甚至抖振,需要通过参数整定方法加以抑制。本文采用基于模型的频域参数整定法,对刚性负载条件下的伺服系统建立了数学模型,基于负载转动惯量辨识结果和位置环带宽的期望指标,从频域角度进行分析推导,得到了一套位置环参数整定方法,从而优化了刚性负载伺服系统的定位性能。
　　然后在刚性负载条件下伺服系统定位性能优化研究的基础上,着重分析了带弹性传动装置的伺服系统定位末端抖动及其抑制。论文通过对弹性传动装置建立了双惯量传函模型,根据系统Bode图和根轨迹,分析了带弹性负载伺服系统定位末端抖动成因,并选用被动滤波方式对定位末端抖动进行抑制。采用快速傅里叶频谱辨识方法对伺服系统定位末端抖振频率进行辨识,并基于得到的抖振频率,分别采用低通滤波器和陷波滤波器对定位末端抖动进行抑制。针对陷波滤波引起的系统相位滞后问题,提出一种相位补偿方案,并通过仿真实验证明了相角补偿方案的有效性。
　　最后分别在对拖平台和定位摆臂平台上进行了实物实验,并最终验证了频域参数整定法和被动滤波方法对于刚性负载和弹性负载伺服系统定位末端抖动抑制的有效性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章绪论

1.1 课题来源及研究的目的与意义

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章永磁同步伺服系统定位末端抖动分析

2.1 刚性负载条件下伺服系统定位末端抖动分析

2.2 弹性负载下伺服系统定位末端抖动分析

2.3 本章小结

第3章刚性负载条件下伺服系统定位末端抖动抑制

3.1 PMSM伺服系统位置环数学模型

3.2 刚性负载下伺服系统定位末端抖动抑制方案

3.3 本章小结

第4章带弹性负载伺服系统定位末端抖动抑制

4.1 定位末端抖振特征及其辨识

4.2 滤波抑制方案

4.3 本章小结

第5章定位末端抖动抑制实验

5.1 测试对象及实验内容

5.2 刚性负载条件下伺服系统定位末端抖动抑制

5.3 弹性负载条件下伺服系统定位末端抖动抑制

5.4 本章小结

结 论

参考文献

附 录

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢