机电伺服系统鲁棒控制方法研究

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机电伺服系统在现代工业的作用逐步凸显,电动高精度伺服平台是一类典型的机电伺服系统,在军工行业以及社会生产生活中有着越来越广泛的应用。对于高精度伺服转台而言,由于系统的复杂性使得在应用过程中会存在力矩波动等影响系统精度以及动态过程的扰动和不确定因素。由于干扰的未知性,常规方法较难获得令人满意的效果,而鲁棒控制可以针对系统的不确定性进行定量设计控制器以满足工业生产生活中的需要。本文以高精度伺服控制转台为背景,研究结合机电系统利用鲁棒控制方法改善系统性能的应用,主要包括以下内容:首先,分析机电伺服系统的组成和结构,利用矢量控制方法建立机电伺服系统机理模型并分析主要不确定性来源,利用数学物理手段建立主要摄动的数学模型,结合二者建立含有不确定性的伺服系统模型。其次,设计实验测量系统的模型参数,辨识机电系统数学模型,给出不确定性范围,通过求得的标称模型计算干扰摄动范围,并设计干扰观测器(DOB)对干扰量进行补偿,通过仿真说明干扰观测器(DOB)的补偿效果。再次,从数学角度给出加权函数的选取原则,分析讨论加权函数形式与意义,分别基于混合灵敏度以及H最优的两种鲁棒控制方法为高精度伺服转台系统设计鲁棒控制器,通过仿真说明所设计的控制器的有效性。最后,基于混合H2/H理论为高精度伺服转台设计鲁棒控制器,针对所设计的鲁棒控制器利用最优Hankel范数近似的方法给出降阶控制器,仿真说明所设计的控制器的有效性,并与基于H的鲁棒控制方法进行对比,分析所采用的三种鲁棒控制方法性能的优劣以及是否加入干扰观测器对系统的影响。
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