基于二自由度理論和內(nèi)模原理的高速高精度伺服控制器綜合設(shè)計(jì)方法.pdf

1、高速高精度運(yùn)動(dòng)控制是裝備制造業(yè)的核心技術(shù)。隨著制造業(yè)產(chǎn)品的小型化、集成化及綠色、節(jié)能等可持續(xù)發(fā)展觀念的普及，制造裝備的性能和效率指標(biāo)需求日益提高。所以，高速高精度伺服控制系統(tǒng)面臨著極大的挑戰(zhàn)。
　　高速高精度運(yùn)動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):首先，盡量增大系統(tǒng)的環(huán)路帶寬，使其快速準(zhǔn)確地響應(yīng)指令信號(hào)且沒(méi)有超調(diào)量;其次，補(bǔ)償系統(tǒng)模型的不確定成分及外部擾動(dòng)，使系統(tǒng)在全頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。本文分析了制造裝備中高速高精度伺服控制系統(tǒng)的模型特點(diǎn)，

2、針對(duì)它們的運(yùn)行模式和被控對(duì)象模型闡述了控制器的綜合設(shè)計(jì)方法，以焊線機(jī)X-Y平臺(tái)和永磁同步電機(jī)拖動(dòng)平臺(tái)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象驗(yàn)證了算法的有效性，提高了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和定位精度。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)對(duì)永磁同步電機(jī)和音圈電機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，基于差分方程、傳遞函數(shù)和狀態(tài)空間方程描述了伺服控制系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。
　　(2)闡述了高精度快響應(yīng)的電流環(huán)控制器綜合設(shè)計(jì)方法。分析和驗(yàn)證了兩種電流PI調(diào)節(jié)器和解耦補(bǔ)償算法，提出了簡(jiǎn)單實(shí)用

3、的死區(qū)補(bǔ)償及電壓過(guò)調(diào)制補(bǔ)償算法，并通過(guò)了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。闡述了數(shù)字低通濾波器和陷波濾波器的設(shè)計(jì)方法。
　　(3)闡述了高速高精度伺服速度控制器的綜合設(shè)計(jì)方法。基于二自由度控制器雙環(huán)路結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)型速度IP控制器，該控制器可以通過(guò)前饋參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的閉環(huán)零點(diǎn)，在環(huán)路帶寬不變的前提下提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。同時(shí)，為了消除系統(tǒng)的相位延遲和采樣噪聲，提出了一種速度預(yù)估觀測(cè)器與二自由度速度控制器結(jié)合的算法，仿真和實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)速度指令在350mm/s

4、時(shí)跟蹤精度達(dá)到2mm/s。
　　(4)闡述了高精度高加速度伺服位置控制器的綜合設(shè)計(jì)方法。針對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)和模型不確定性問(wèn)題，提出了基于擾動(dòng)觀測(cè)器和相位延遲補(bǔ)償?shù)亩杂啥任恢每刂破?。仿真和?shí)驗(yàn)證明，在6.5g的加速度下，位置控制精度可以達(dá)到5um。同時(shí)，提出了插入式數(shù)字重復(fù)控制器的一般結(jié)構(gòu)和一種便于應(yīng)用的重復(fù)控制系統(tǒng)魯棒性判據(jù)，改進(jìn)了穩(wěn)定補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法，提高了系統(tǒng)魯棒性，系統(tǒng)對(duì)重復(fù)位置指令的跟蹤誤差僅為1nm。
　　本文根據(jù)二