【摘 要】
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近年来工业机械手在制造业中的装机数量逐渐增多,关节伺服系统作为机械手重要组成部分,其控制性能的好坏影响着机械手的实际工作特性。但在系统内外非线性因素干扰下,很难获取被控系统的精确数学模型。因此研究相关伺服控制策略,设计高性能的机械手关节伺服系统具有重要意义。本文从机械手单个关节驱动的负载特性和控制性能要求出发,以永磁同步电机为控制对象进行位置伺服控制研究,并设计配套实验测试系统。本文的研究从如下几
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近年来工业机械手在制造业中的装机数量逐渐增多,关节伺服系统作为机械手重要组成部分,其控制性能的好坏影响着机械手的实际工作特性。但在系统内外非线性因素干扰下,很难获取被控系统的精确数学模型。因此研究相关伺服控制策略,设计高性能的机械手关节伺服系统具有重要意义。本文从机械手单个关节驱动的负载特性和控制性能要求出发,以永磁同步电机为控制对象进行位置伺服控制研究,并设计配套实验测试系统。本文的研究从如下几个方面展开:采用坐标变换法分析各坐标系下的关节电机数学模型,根据关节伺服系统性能要求选用di(28)0的矢量控制方式,建立系统位置伺服控制总体结构,详细分析空间矢量脉宽调制算法的实现,并对其调制算法的调制过程进行仿真验证。分析电机参数变化和扰动对控制性能的影响,完成控制系统速度环、位置环自抗扰控制器设计。并对速度环控制器结构进行优化,采用滑模控制替换非线性函数,减弱输出抖振缺陷的同时降低参数整定的难度。在MATLAB/SIMULINK中建立系统自抗扰控制模型,并对控制性能进行对比分析。仿真结果表明,本文设计的控制策略具备良好的位置伺服控制性能和抗扰能力。完成关节伺服驱动器的硬件电路设计和算法的程序实现。设计了一套基于嵌入式技术的伺服性能测试系统,包括加载试验台和配套上位机,根据上、下位机间数据通讯要求定义了通信数据包格式。最后在测试平台上进行电机转速、位置响应、稳定性能测试,实验结果表明系统具备良好的控制性能。
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