双电机驱动关节的线性化控制研究

本文基于齿轮传动系统存在的齿隙非线性问题,提出了一种双电机驱动双主动齿轮啮合同一从动齿轮的驱动方案。设计了双电机协调控制算法,包括力矩线性化控制算法与单速度环速度反馈线性化控制算法,解决了电机齿轮传动系统运动过程中的齿隙非线性问题。本文首先介绍了双电机消隙原理与控制方案,然后建立双电机系统控制模型进行分析,最后搭建仿真模型进行控制方案的验证。仿真结果表明,本文所提出的双电机控制方案可以有效地解决齿轮传动中的齿隙非线性问题。     

闸机电机控制系统振荡抑制研究

针对齿轮传动的闸机电机控制系统因齿隙非线性引起的振荡问题,采用基于扰动观测器的振荡抑制策略,达到主动抑制系统振荡的目的。首先在分析闸机电机传动系统结构基础上,建立双惯量传动系统的数学模型及齿隙的死区模型;然后分析了齿隙对双惯量系统的影响及引起系统振荡的机理,针对齿隙的影响,采用扰动观测器观测因齿隙引起的等效扰动转矩并补偿到转矩控制环路中达到抑制系统振荡的目的;最后实验验证了该方案的有效性。     

浅述双电机驱动系统消除齿轮间隙的对策

在电动伺服系统中常采用双电机驱动实现大力矩输出,而齿隙的存在使得输出轴不能精确定位。本文介绍的采用双电机差步驱动实现自动消隙的控制方法,大大改进了含有齿轮传动机构的控制精度,提高了含有齿轮减速机构的双拖动电动伺服系统的定位精度。     

双电机驱动机床进给系统消隙控制

双电机双丝杠驱动的机床进给系统可以提高驱动刚度,但丝杠传动不可避免地带来传动间隙,导致进给跟踪精度降低。针对丝杠传动间隙问题,建立了驱动系统的数学模型,设计双电机力矩分配策略为:在远离期望目标时,两个电动机共同驱动,在接近目标时,一个电动机作为驱动电机,提供驱动力矩,另外一个电动机作为消隙电机提供消隙力矩,实现消隙功能。采用速度差反馈控制方法实现双电机速度同步,消除在相同力矩给定情况下,由于电机特性差异引起的转速同步误差。仿真和实验结果表明所提出的方法能够有效地实现双电机双丝杠驱动机床进给系统的消隙控制。     

面向重型机床回转工作台的双电机消隙技术

重型机床大型回转工作台由于齿轮间隙的存在而影响机床性能和精度,从这个问题出发,阐述了利用双电机驱动消除齿轮机械传动间隙的原理,针对回转工作台模型进行了动力学建模仿真,并建立双电机消隙的仿真平台。利用华中数控848B系统和回转实验台进行试验,验证机械参数对消隙效果的影响,满足了重型机床回转工作台双电机消隙的技术需求。     

基于Ansys的操动机构齿轮强度建模分析

减速机是高压开关操动机构的重要传动部件,其内部传动齿轮的强度设计至关重要。文中以高压开关操动机构用减速机中的传动齿轮为研究对象,首先建立其齿面数学模型,并根据建立的数学模型求取一对啮合齿轮副的齿面点集;将齿面点集导入SolidWorks软件中建立齿轮副的三维实体模型;并将建立的三维实体模型导入Ansys软件进行有限元仿真分析(FEA),分析齿轮副最大接触应力与最大弯曲应力的发生位置,根据强度分析结果指导后续的齿轮优化设计。文中的研究成果为操动机构设计提供理论支撑。     

椭圆齿轮—步进送料机构的设计分析及仿真

提出将椭圆齿轮与步进送料机构组合的方案,并对其运动学特性进行仿真。在MATLAB中根据齿廓包络原理得到椭圆齿轮齿面数据,然后在SolidWorks中完成椭圆齿轮与步进送料机构三维模型的建模和装配,最后将模型导入到Adams中进行仿真。由仿真结果显示推程时间与回程时间比为17:3。机构具有良好的急回特性,并且在工作行程时推板的速度比较均匀,物料的受力得到改善。通过椭圆齿轮传动的方式优化步进送料机构有其可行性,但由于椭圆齿轮传动存在瞬时冲击,对机构本身的强度提出了要求。     

基于变偏置力矩的双电机系统消隙控制方法研究

针对双电机驱动控制系统,提出一种基于电机电流的变偏置力矩消隙控制方法,根据电机的负载电流值及设定的转换函数w,动态输出偏置力矩以实现消隙控制与共同驱动控制之间的转换。同时,给出了转换函数中电流设定值的选取方法,该选取方法简便可行,为工程实际应用提供了理论依据。建立双电机驱动系统仿真模型对控制方法的有效性进行验证,仿真结果表明,采用变偏置力矩控制的双电机系统能够消除传动间隙;通过合理选取转换函数中的电流设定值,可降低静态下的电机间偏置力矩,从而降低系统能耗;偏置力矩的动态输出提高了双电机驱动系统的力矩输出能力。     

双电机驱动伺服系统神经网络控制器的设计

针对存在未知齿隙和摩擦等非线性的双电机驱动伺服系统的控制问题,给出了双电机驱动伺服系统的模型,设计了基于三角级数多项式扩展的函数链神经网络（FLNN）在线辨识未知的齿隙和摩擦非线性,利用Backstepping方法设计了神经网络控制器,得到了同时使系统跟踪误差、驱动子系统间同步误差及网络权值的一致有界权值调整策略。仿真表明,所提出的控制策略是有效的。     

基于命令滤波反步法的双电机离散同步控制

针对双电机伺服系统同步控制精度问题,在命令滤波的基础上设计离散跟踪与同步控制方案。通过建立双电机系统离散动力学方程,降低了命令滤波器反步法设计过程中的计算难度,还能同时处理虚拟控制信号。在控制器设计中定义补偿信号消除误差,进而提高跟踪性能。结果表明,神经网络可以高效处理电机运行中轴转矩或齿隙等带来的非线性扰动。最终通过Lyapunov分析控制方法的稳定性,结果表明双电机伺服系统在该控制器作用下具有良好的跟踪及同步性能。     

伺服作动系统中传动间隙的影响及其补偿方法

间隙在保障变速传动可靠进行的同时,对系统的性能也产生了很大的影响,因而对间隙的研究与补偿成为改善系统性能的关键问题之一.本文针对伺服作动系统中的传动间隙问题,对既有研究文献进行了归纳梳理.首先分析总结了间隙对系统性能的影响,表明间隙的存在会引起系统响应延迟、极限环振荡等问题;然后介绍了研究间隙的两种模型:迟滞模型和死区...     

基于自抗扰控制的伺服系统输出间隙补偿研究

间隙非线性具有多值性和方向性,普遍存在于伺服系统中,可严重影响伺服系统的控制性能。为此,本文采用自抗扰控制器对伺服系统的输出间隙进行补偿,以抑制间隙非线性对系统性能的影响。自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈控制律三部分组成,其中扩张状态观测器可对间隙引起的输出扰动进行估计,非线性反馈控制律则对估计出的扰动进行补偿。与相关研究相比,自抗扰控制器形式简单,易于工程实现,且具有较高的间隙补偿精度。仿真结果表明,上述方法是可行的。     

基于永磁同步电机模型辨识与补偿的自抗扰控制器

在用1阶自抗扰(active disturbance rejection controller,ADRC)控制的永磁同步电机(permanent magnetic synchr- onous motor,PMSM)调速系统中,当扰动变化大时,扩张的状态观测器(extended state observer,ESO)难以保证对扰动的估计精度。为了使ESO对扰动有更好的估计,提高1阶自抗扰控制器的性能,提出了PMSM调速系统的模型补偿自抗扰控制器方案。辨识出系统的部分模型,利用部分模型信息在一阶自抗扰控制器对扰动进行部分补偿,从而减小了ESO对扰动估计的压力,使得扰动估计精度提高。仿真结果表明,该算法具有更好的抗负载扰动能力。     

永磁同步电机抗抖振滑模控制算法研究

将永磁同步电机(PMSM)双闭环矢量控制中的电流环调节器与一阶速度模型相结合,得到调速系统二阶模型。在此基础上,设计了基于指数趋近率的滑模控制器,实现系统渐进跟踪,且在一定程度上减小了控制器抖振。利用扩张状态观测器测量系统扰动,对控制量进行补偿,进一步减小了控制器抖振。通过Lyapunov稳定性定理证明了闭环控制系统的渐进稳定性,同时仿真和实验均验证了控制器的有效性。     

永磁直驱风电系统网侧换流器混合控制策略研究

针对永磁直驱风电系统网侧换流器模型存在非线性和强耦合的特点,提出了一种非光滑控制和反推控制相结合的混合控制策略。在dq两相同步旋转坐标系下建立网侧换流器非线性数学模型,采用非光滑控制理论和反推控制方法分别设计了外环直流电压控制策略和内环电流控制策略。在外环控制方面,通过结合非光滑理论的有限时间控制方法和扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对于系统扰动的估计作用,设计了直流电压控制器。在内环控制方面,采用附加扰动补偿的反推控制方法进行设计,利用扩张状态观测器对外部扰动造成的系统内环不确定因素进行估计,将估计量引入到反推迭代控制律的设计中进行补偿,通过选择合适的Lyapunov函数,推导出内环电流反推控制律,使内环系统满足Lyapunov渐近稳定条件。仿真结果表明,与常规的PI线性控制策略相比,所提混合控制策略能够有效提高永磁直驱风电系统在电网扰动时的并网动态特性。     

双永磁同步电机系统非级联预测速度同步控制

针对传统双电机控制系统中,运动惯性以及响应不及时等影响速度同步精度和动态响应速度的问题,本文提出了一种双永磁同步电机系统非级联预测速度同步控制策略,将双电机系统看作一个多输入多输出系统进行统一建模,应用有限控制集模型预测控制设计一个紧凑的双电机系统控制器,并将速度同步误差、速度跟踪误差和电机运行性能同时引入模型预测控制的价值函数中,实现多变量的协同优化控制。此外,为满足实际用户需求,引入弱磁、电流限制两个前端模块实现对电压、电流的约束。最后通过仿真进行了转速阶跃信号跟踪、抗负载扰动等对比验证,结果证明所提出的非级联预测速度同步控制策略较传统交叉耦合控制策略能够更有效提升双永磁同步电机系统的转速同步控制性能     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机二自由度PI控制

针对永磁同步电机(PMSM)系统速度环采用传统的PI控制时,无法兼顾转速超调量与响应快速性要求的问题,提出采用二自由度(2-DOF)PI控制策略设计速度环控制器。同时,为减小负载转矩、电机参数变化等扰动因素的影响,将其作为总扰动,利用扩张状态观测器(ESO)进行观测,并基于观测值进行前馈补偿。仿真结果表明,采用所设计的2-DOF PI控制,可以有效减小转速的超调量,提高转速的跟随性能和系统的抗扰动性能。采用基于ESO的2-DOF PI控制,进一步提高了系统的抗负载扰动性能,同时可以实现转速的快速响应和无超调控制。所提控制策略的正确性和有效性得到了验证。