高精度伺服轉(zhuǎn)臺(tái)中非線性問題的研究.pdf

1、論文結(jié)合三軸精密測試轉(zhuǎn)臺(tái),對(duì)高精度伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的非線性問題進(jìn)行了深入的研究.該三軸轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于慣導(dǎo)用慣性平臺(tái)和慣性儀表的性能測試和鑒定,對(duì)位置精度和低速時(shí)速率的平穩(wěn)性有很高的要求.論文分析了高精度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,指出由于帶寬的限制,系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制能力也有一個(gè)限制,常規(guī)的PD控制只能達(dá)到0.01°/N·m的性能極限,只能滿足中等精度的要求,要做到0.0001°的精度指標(biāo)需要采用特殊的相位滯后校正或者采用Ⅲ型系統(tǒng).文中給出了具有最佳擾動(dòng)抑

2、制性能的Ⅱ型和Ⅲ型系統(tǒng)的設(shè)計(jì).但是無論是高增益的Ⅱ型系統(tǒng)或是Ⅲ型系統(tǒng)都是條件穩(wěn)定系統(tǒng).另一方面高精度系統(tǒng)的線性范圍是很窄的,很容易進(jìn)入飽和,所以如果是條件穩(wěn)定系統(tǒng),在受到較大擾動(dòng)時(shí)就會(huì)不穩(wěn)定,也無法投入工作.文中提出利用運(yùn)算放大器的飽和非線性來解決這個(gè)條件穩(wěn)定問題,也給出了Ⅱ型系統(tǒng)和Ⅲ型系統(tǒng)的不同的解決方案.這種利用運(yùn)算放大器飽和的非線性校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)主要問題是增益分配,文中還給出了系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的增益分配原則.論文進(jìn)一步從理論上對(duì)這

3、種具有多個(gè)飽和非線性的系統(tǒng)進(jìn)行了分析.飽和非線性是由幾個(gè)線性段組成的,屬于分段線性系統(tǒng).根據(jù)分段線性系統(tǒng)的概念,可以將狀態(tài)空間分成多個(gè)線性區(qū)域,各線性子空間通過超平面互相銜接,這樣就可以用狀態(tài)空間法來對(duì)這種具有多個(gè)非線性的系統(tǒng)進(jìn)行分析.論文結(jié)合飽和非線性的特點(diǎn),進(jìn)一步采用投影的辦法,將狀態(tài)軌跡束投影到二維平面上來進(jìn)行研究.由于狀態(tài)空間法將定量的計(jì)算與定性的分析相結(jié)合,所以可以清楚地分析設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,為多非線性的系統(tǒng)提供了一

4、種新的設(shè)計(jì)和分析途徑.對(duì)高精度伺服系統(tǒng)來說,影響定位精度和速率平穩(wěn)性的一個(gè)主要因素是摩擦.由于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用的是無刷電機(jī),軸承則采用的是氣浮軸承,軸系上的摩擦力已大大降低,三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上的摩擦主要是滑環(huán)軸上金屬對(duì)金屬的摩擦,所以文中選用"庫侖+粘滯+靜摩擦"的摩擦模型來進(jìn)行分析.文中采用狀態(tài)空間法對(duì)由于摩擦引起的滯-滑自振蕩進(jìn)行分析,根據(jù)θ(角度)正半軸繞原點(diǎn)一周后對(duì)其自身的映射關(guān)系來判定自振蕩.文中還給出了能反映靜摩擦特性的Sim