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大惯量负载伺服系统动力学建模与控制研究

大惯量负载伺服系统动力学建模与控制研究

作者：季晶晶南京理工大学

学位级别：硕士

随着现代工业和航空航天的不断发展,大惯量负载伺服系统得到了快速发展,对伺服系统电机驱动功率和控制精度的要求也越来越高。为了简化问题和便于控制器设计,传统的电机传动模型直接将负载侧的惯量等特征量直接折算到电机侧,忽略了传动... 详细信息

随着现代工业和航空航天的不断发展,大惯量负载伺服系统得到了快速发展,对伺服系统电机驱动功率和控制精度的要求也越来越高。为了简化问题和便于控制器设计,传统的电机传动模型直接将负载侧的惯量等特征量直接折算到电机侧,忽略了传动的柔性及其与系统运动的耦合。但是随着电机功率和负载惯量的增大,其柔性变形对系统整体运动以及动力学特性的影响己经不能忽略。因此,针对大惯量负载伺服系统的高性能控制研究具有非常重要的意义。本文以一类大惯量负载伺服系统为研究对象,综合考虑系统传动柔性、未建模动态和外界扰动,进行了动力学建模研究并设计了自适应鲁棒控制器。主要工作包括：对大惯量负载传动系统动力学特性进行了深入分析和研究,针对大惯量负载伺服系统,依据牛顿运动学建立了基于典型大惯量负载伺服系统的动力学模型,依据模态分析和模态截断理论建立了多变量系统动力学模型;针对具有未建模动态、外界扰动的大惯量负载伺服系统,分别设计了基于Backstepping的自适应鲁棒控制器和MIMO自适应鲁棒控制器,实现了控制系统的渐近稳定跟踪,并对控制器的性能进行了仿真验证;为了有效克服测量噪声影响,进一步提高控制性能,设计了基于期望补偿的自适应鲁棒控制器,实现了控制系统的渐近稳定跟踪和鲁棒性能的提高,并对控制器的性能进行了仿真验证;针对实际ECP205惯量测试系统,完成了基于Backstepping的自适应鲁棒控制器和基于期望补偿的自适应鲁棒控制器的系统调试,验证了控制器的渐近稳定跟踪性能。

关键词：大惯量负载伺服系统传动柔性自适应鲁棒控制

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基于TRIZ的大惯量负载电传动系统研究

矿山机械 2014年第1期42卷 107-110页

作者：苏明习仲萍龚洪宾朱东敏贵州师范大学机械与控制仿真重点实验室贵州贵阳550014 贵州省机械电子产品质量监督检验院贵州贵阳550081 贵州成智重工科技有限公司贵州贵阳550081

为改善大惯量负载电传动系统的启动性能,分别采用TRIZ理论的矛盾矩阵、分离原理及物-场模型等3种手段进行分析,并给出了TRIZ解决方案,在AMESim中建立了基于液力传动的系统模型并进行了仿真分析。仿真结果和实际应用表明,采用液力偶合器... 详细信息

为改善大惯量负载电传动系统的启动性能,分别采用TRIZ理论的矛盾矩阵、分离原理及物-场模型等3种手段进行分析,并给出了TRIZ解决方案,在AMESim中建立了基于液力传动的系统模型并进行了仿真分析。仿真结果和实际应用表明,采用液力偶合器可以实现大惯量负载电传动系统的快速启动,并可降低启动电流。

关键词：大惯量负载电传动系统启动性能 TRIZ 矛盾矩阵分离原理物-场模型

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大惯量负载多电机驱动系统协调控制方法综述

电机与控制应用 2019年第3期46卷 1-7页

作者：杨春雨孟凡仪许一鸣黄新利中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221008 酒泉卫星发射中心甘肃酒泉735000

大惯量负载往往采用多个电机协同驱动,整体系统的稳态和动态性能都与多电机驱动系统的协调控制密切相关。根据国内外多电机驱动系统协调控制的研究成果,综述相关控制结构和控制算法。通过对比分析,说明各种控制方法的优缺点和适用场合... 详细信息

大惯量负载往往采用多个电机协同驱动,整体系统的稳态和动态性能都与多电机驱动系统的协调控制密切相关。根据国内外多电机驱动系统协调控制的研究成果,综述相关控制结构和控制算法。通过对比分析,说明各种控制方法的优缺点和适用场合。最后,根据目前的工业需求,展望了多电机驱动系统协调控制的研究方向和发展趋势。

关键词：多电机驱动系统协调控制大惯量负载控制结构控制算法

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大惯量负载永磁同步电机优化控制

化工自动化及仪表 2015年第7期42卷 730-734页

作者：刘波金昊贺志佳东北电力大学自动化工程学院吉林吉林132012

针对采用传统PI电流反馈解耦的大惯量负载永磁同步电机电流跟踪误差大、转速控制系统动态响应慢的问题,提出基于电压前馈解耦的电流矢量控制策略,并将实时观测的负载转矩补偿于电流控制环,既消除耦合项的影响减小电流跟踪误差,又加快了... 详细信息

针对采用传统PI电流反馈解耦的大惯量负载永磁同步电机电流跟踪误差大、转速控制系统动态响应慢的问题,提出基于电压前馈解耦的电流矢量控制策略,并将实时观测的负载转矩补偿于电流控制环,既消除耦合项的影响减小电流跟踪误差,又加快了转速控制响应速度,提高了大惯量负载永磁同步电机转速控制系统的动、静态性能。因转动惯量随工况不同而变化,设计了转动惯量在线辨识和负载转矩实时观测器,进一步提高了转速控制精度。对控制策略与传统PI电流反馈解耦非转矩补偿控制进行对比仿真,并对转动惯量在线辨识和负载转矩实时观测进行了仿真验证,证明了其有效性。

关键词：优化控制永磁同步电机大惯量负载负载转矩观测电压前馈解耦

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浅析大惯量负载对机电舵系统的影响

导航定位与授时 2014年第1期1卷 52-57页

作者：徐方洁李四保谢劲松北京自动化控制设备研究所北京100074

随着导弹飞行速度的提高,弹体姿态稳定所需的操纵力矩加大,舵面气动加热效应加剧,舵面的尺寸和惯量势必增加。在电机、传动机构与控制算法确定的前提下,舵面惯量对机电舵系统具有何种影响,成为提高机电舵系统控制要求的关键问题。在搭... 详细信息

随着导弹飞行速度的提高,弹体姿态稳定所需的操纵力矩加大,舵面气动加热效应加剧,舵面的尺寸和惯量势必增加。在电机、传动机构与控制算法确定的前提下,舵面惯量对机电舵系统具有何种影响,成为提高机电舵系统控制要求的关键问题。在搭建的电机—传动机构—负载的三质量模型基础上,从理论及仿真上进行了惯量负载对舵系统的影响分析,并在某机电舵系统上进行了试验验证,为研究大惯量负载机电舵系统提供了理论依据。

关键词：大惯量负载机电舵系统

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适用于大惯量负载的异步电动机设计

微特电机 2018年第9期46卷 45-48,53页

作者：魏静微张其江顾扬于晓哈尔滨理工大学哈尔滨150080

针对大惯量负载下普通异步电动机起动表现不佳的问题,设计了一种适用于大惯量负载的驱动电动机。对普通异步电动机的转子槽形进行优化设计,提出在转子上加永磁体的方案,设计了2种转子磁路结构和3个永磁体距离轴心的长度,仿真结果证明了... 详细信息

针对大惯量负载下普通异步电动机起动表现不佳的问题,设计了一种适用于大惯量负载的驱动电动机。对普通异步电动机的转子槽形进行优化设计,提出在转子上加永磁体的方案,设计了2种转子磁路结构和3个永磁体距离轴心的长度,仿真结果证明了优化后的电动机能够应用于起动转矩大、成本低等场合。

关键词：大惯量负载异步电动机高起动转矩刀形槽

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高精度低连接刚度大惯量扫描镜控制系统设计

宇航学报 2021年第2期42卷 220-229页

作者：闵溢龙王淦泉中国科学院大学北京100049 中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083

针对三轴稳定卫星内低连接刚度条件下的大惯量扫描镜负载在低速摆动时易出现机械谐振的问题,基于电流-速度-位置三闭环控制结构,研究并提出一种有效的易于工程实现的优化控制方法,抑制机械谐振同时提高扫描镜系统的控制性能。首先,根据... 详细信息

针对三轴稳定卫星内低连接刚度条件下的大惯量扫描镜负载在低速摆动时易出现机械谐振的问题,基于电流-速度-位置三闭环控制结构,研究并提出一种有效的易于工程实现的优化控制方法,抑制机械谐振同时提高扫描镜系统的控制性能。首先,根据动力学关系对低刚度连接的电机与扫描镜控制对象建立理论的简化控制模型。然后,分析加速度反馈抑制谐振、提高系统控制性能的原因,并借助电流和位置反馈信号建立加速度观测器获取电机加速度并反馈,仿真分析该方法的优化效果。最后,在实际系统上进行实验检验,对比系统控制误差的变化。结果表明:提出的优化控制方法能够有效地抑制机械谐振,提高系统的控制带宽和动态精度。

关键词：三轴稳定卫星大惯量负载扫描镜机械谐振运动控制控制性能加速度观测器

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大型直驱风电机组快速响应优化控制策略

中国电力 2017年第9期50卷 165-170页

作者：孟杰潘巧波高庆水邓小文东北电力大学自动化工程学院吉林吉林132012 广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510080

针对大容量风电系统风轮的大惯量特性所造成的系统在快速响应控制上的困难,基于风力机特性和永磁同步电机数学模型,建立风电系统的仿射性非线性模型,运用微分几何学原理及反馈线性化理论提出系统转速控制策略。在此基础上引入负载转矩... 详细信息

针对大容量风电系统风轮的大惯量特性所造成的系统在快速响应控制上的困难,基于风力机特性和永磁同步电机数学模型,建立风电系统的仿射性非线性模型,运用微分几何学原理及反馈线性化理论提出系统转速控制策略。在此基础上引入负载转矩前馈补偿的方法,形成一种易于物理实现的快速响应控制策略。具有较高相较于传统矢量控制策略及电压前馈解耦控制策略,所提控制策略在大容量风电机组快速响应控制问题上具有较高有效性和先进性。

关键词：风电大型直驱风电系统反馈线性化最大功率追踪大惯量负载转矩前馈

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大型直驱风电机组快速响应控制策略

电机与控制应用 2015年第11期42卷 62-66页

作者：刘波潘巧波东北电力大学自动化工程学院吉林吉林132012

提出基于电压前馈解耦电流矢量控制策略,设计转动惯量在线辨识及负载转矩实时观测器,并将实时观测的负载转矩补偿于电流控制环,既消除耦合项的影响、减小电流跟踪误差,又加快了转速控制响应速度、进一步提高转速控制精度。以2 MW永磁直... 详细信息

提出基于电压前馈解耦电流矢量控制策略,设计转动惯量在线辨识及负载转矩实时观测器,并将实时观测的负载转矩补偿于电流控制环,既消除耦合项的影响、减小电流跟踪误差,又加快了转速控制响应速度、进一步提高转速控制精度。以2 MW永磁直驱风电机组作为研究对象,采用MATLAB/Simulink对所提控制策略与PI电流反馈解耦控制进行仿真对比,并对转动惯量在线辨识及负载转矩实时观测进行了仿真验证。验证证明了所提策略的正确性、可行性和有效性。

关键词：大型直驱风电系统永磁同步电机大惯量负载负载转矩观测电压前馈解耦