交流伺服系统机械谐振抑制策略研究

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工业自动化的快速发展,对现代交流伺服系统的动态性能提出了越来越高的要求。然而,电机与负载通过柔性的传动结构连接工作时,易出现机械谐振现象,导致交流伺服系统性能下降。交流伺服系统的转速环控制主要采用传统的PI控制方式,难以解决机械谐振问题。针对该问题,本文将对交流伺服系统的机械谐振抑制策略展开研究,以进一步提高交流伺服系统的动态性能。本文从伺服系统矢量控制原理出发,对双惯量谐振模型的特性进行详细分析。依据伺服系统的带宽指标,结合仿真结果,说明了机械谐振会对伺服系统的带宽提升造成影响,从而很大程度上降低了伺服系统的动态性能。为得到伺服系统的双惯量谐振模型,首先采用基于m序列的最小二乘法来对被控对象进行辨识,然后通过基于平衡截断的降阶处理,得到系统主导模态,以满足控制器设计的需求,实际的辨识结果验证了辨识方法的合理性。针对伺服系统采用PI控制方式时,不能在机械谐振条件下提高带宽的问题,设计了基于内模原理的线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)来实现转速环带宽的提升。通过改进型粒子群算法对LQR控制器参数进行优化,以解决控制器参数整定困难、耗时长的问题。首先分析了标准粒子群算法的不足,之后引入模拟退火算法的理念,在标准粒子群算法基础上,设计了改进型粒子群算法。通过测试函数,验证了改进型粒子群算法相较于标准粒子群算法有更好的参数优化能力,更适用于LQR控制器参数优化。搭建了谐振抑制仿真模型,在引入控制器输出量后,设计了一种新的适应度函数,可以提高控制器参数优化的快速性和灵活性。通过仿真证明了,采用改进型粒子群算法进行LQR参数优化,可以使LQR控制器在机械谐振抑制上取得更好的效果。最后,搭建了交流伺服系统实验平台进行理论成果的验证。通过开展谐振抑制实验,验证了当交流伺服系统存在机械谐振现象时,通过本文所设计的机械谐振抑制策略进行控制,可以有效提高转速环带宽,系统得到比传统PI控制器更优异的控制效果。
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