發(fā)布時(shí)間：2019-10-23 21:21

【摘要】：隨著電力電子技術(shù)、集成電路技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,在很多高端研究領(lǐng)域,如專用機(jī)器人、醫(yī)療器械、汽車制造業(yè)、零部件加工等,對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能都提出了更高的要求。同時(shí),由于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)本身機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,為強(qiáng)耦合的多變量非線性系統(tǒng),采用傳統(tǒng)的線性控制方法已經(jīng)無法滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)高性能控制系統(tǒng)的要求。因此,近年來非線性控制算法在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的研究和應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注,但是仍有許多亟待解決的問題。本論文研究了以永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)和機(jī)械臂為對(duì)象的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的抗干擾控制問題,主要是對(duì)基于連續(xù)滑模的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)速度控制、基于連續(xù)終端滑模的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)速度控制、基于時(shí)變擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)挠邢迺r(shí)間輸出反饋控制及其在剛性機(jī)械臂的應(yīng)用、基于時(shí)變擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜嵝詸C(jī)械臂有限時(shí)間輸出反饋位置控制、基于連續(xù)滑模的柔性機(jī)械臂不匹配擾動(dòng)抑制控制和基于連續(xù)終端滑模的柔性機(jī)械臂不匹配擾動(dòng)抑制控制問題進(jìn)行了研究。研究結(jié)果和貢獻(xiàn)如下:一、針對(duì)永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的速度控制問題,分別給出了基于連續(xù)滑模和廣義比例積分觀測器的復(fù)合速度控制器設(shè)計(jì)方法和基于連續(xù)終端滑模和擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的復(fù)合速度控制器設(shè)計(jì)方法。兩種復(fù)合控制器的共同優(yōu)點(diǎn)是:與傳統(tǒng)的滑�？刂品椒ㄏ啾�,所提出的兩種復(fù)合控制器都可以減小傳統(tǒng)滑�？刂坡芍杏捎诖嬖诜�(hào)函數(shù)而引起的抖振現(xiàn)象。這是由于復(fù)合控制律中包含了擾動(dòng)前饋項(xiàng),滑�？刂浦械目刂圃鲆婢涂梢赃x為較小的值,從而可以使系統(tǒng)獲得較小的穩(wěn)態(tài)速度波動(dòng)。兩種復(fù)合控制器的不同優(yōu)點(diǎn)是:基于連續(xù)滑模和廣義比例積分觀測器的復(fù)合速度控制方法可以抑制時(shí)變擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響;而基于連續(xù)終端滑模和擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的復(fù)合速度控制器設(shè)計(jì)方法可以使系統(tǒng)獲得較快的收斂速度,從而提高系統(tǒng)的速度跟蹤性能。最后,仿真和實(shí)驗(yàn)都說明了所提出的復(fù)合控制策略的有效性。二、針對(duì)一類受時(shí)變擾動(dòng)影響的不確定系統(tǒng),給出了基于時(shí)變擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)挠邢迺r(shí)間輸出反饋控制器設(shè)計(jì)方法,并分別在剛性機(jī)械臂和柔性機(jī)械臂上做了測試。所提出的控制方法的設(shè)計(jì)過程主要包括兩部分:連續(xù)有限時(shí)間狀態(tài)觀測器的設(shè)計(jì)和有限時(shí)間輸出反饋控制器的設(shè)計(jì)。連續(xù)有限時(shí)間狀態(tài)觀測器可以用來同時(shí)估計(jì)系統(tǒng)未知擾動(dòng)、擾動(dòng)的各階導(dǎo)數(shù)及不可測量的狀態(tài)。有限時(shí)間輸出反饋控制器利用估計(jì)的狀態(tài)值實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。估計(jì)的擾動(dòng)值前饋至控制器用來補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。為了驗(yàn)證所提策略的有效性,我們分別設(shè)計(jì)了基于時(shí)變擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膭傂詸C(jī)械臂有限時(shí)間輸出反饋位置控制策略和基于時(shí)變擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜嵝詸C(jī)械臂有限時(shí)間輸出反饋位置控制策略。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的基于廣義比例積分觀測器的控制方法相比,所提出的方法可以顯著提高剛性和柔性機(jī)械臂的位置跟蹤性能和抗擾能力。三、針對(duì)已有的擾動(dòng)抑制方法無法有效解決系統(tǒng)的不匹配擾動(dòng)抑制問題,考慮了柔性機(jī)械臂在匹配/不匹配時(shí)變擾動(dòng)下的位置跟蹤問題,并給出了兩種控制器設(shè)計(jì)方案。第一種方案是基于連續(xù)滑�？刂坪蛷V義比例積分觀測器的復(fù)合位置控制器設(shè)計(jì)方法。該方案的設(shè)計(jì)過程是:首先,基于連續(xù)滑�？刂萍夹g(shù),對(duì)柔性機(jī)械臂設(shè)計(jì)了位置控制器。其次,為了抑制柔性機(jī)械臂中存在的與控制輸入不在同一通道的不匹配時(shí)變擾動(dòng),提出了基于連續(xù)滑模控制和廣義比例積分觀測器的復(fù)合位置控制方法。最后,給出的三組實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果驗(yàn)證了在該復(fù)合位置控制器下閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得更好的跟蹤性能。為了進(jìn)一步提高柔性機(jī)械臂在匹配/不匹配擾動(dòng)下的位置跟蹤性能,將之前結(jié)果推廣到了有限時(shí)間收斂情況:基于連續(xù)終端滑�？刂坪陀邢迺r(shí)間狀態(tài)觀測器的復(fù)合位置控制器設(shè)計(jì)方法。該方案的設(shè)計(jì)過程是:首先,基于連續(xù)終端滑�？刂萍夹g(shù),對(duì)柔性機(jī)械臂設(shè)計(jì)了位置控制器。其次,提出了基于連續(xù)終端滑�？刂坪陀邢迺r(shí)間狀態(tài)觀測器的復(fù)合位置控制方法。該復(fù)合位置控制策略可以在有限時(shí)間內(nèi)抑制匹配/不匹配擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響,從而可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的位置跟蹤能力。仿真測試結(jié)果也驗(yàn)證了所提控制策略的優(yōu)越性。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273

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本文編號(hào)：2552246