基于谐振点随机扰动下的伺服系统谐振抑制

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在现代化工业领域,伺服系统作为生产加工方面的核心部件被广泛应用。伺服系统主要由速度环、电流环以及二质量系统构成,二质量系统又由电机、负载以及它们之间的传动装置连接而成。然而,由于这些传动装置并不都是理想刚性结构,目前大多采用机械负载与旋转电机驱动之间的弹性耦合机械结构。弹性耦合机械结构包含固有的谐振频率,系统在执行高动态动作指令时可能会产生明显的机械振动,导致伺服系统定位精度与响应速度降低。长时间的机械振动会导致传动部件转矩过大而受损,降低设备的使用寿命,甚至会直接使设备报废,因此有效抑制机械谐振十分重要。针对谐振点随机扰动下的伺服系统谐振抑制问题,本文进行以下研究:第二章建立二质量系统的数学模型,并分析谐振机理,阐述机械谐振产生的原因,为后续研究奠定基础。第三章基于Gauss过程利用递推最小二乘法辨识参数。首先,建立电机的Gauss-Markov模型,阐述最小二乘法和递推最小二乘法的原理及参数辨识算法并以此实现一步完成参数辨识;然后,利用离差平方和求解方差的无偏估计量;最后,进行参数辨识,辨识结果表明该方法简单可行。与传统的参数辨识方法相比,该方法可以一步实现在线参数辨识,辨识速度比传统方法快2-10倍,既能保证实时在线辨识参数,弥补离线辨识效率低、实时性差的缺陷,又能提高该模型的精确度,可以快速、准确辨识系统的参数。第四章利用模拟退火算法对漂移谐振点进行谐振抑制。首先,利用三分法在线搜索漂移谐振点;然后,分析陷波滤波器的原理并利用模拟退火算法确定陷波滤波器的最优宽度参数和深度参数;最后,在确定最优参数的基础上进行实验和系统的鲁棒性分析,实验结果表明该方法不仅能快速搜索出漂移谐振点、有效抑制谐振,保持系统的稳定性,而且避免手动调节参数耗时多的缺陷,可以准确、快速地抑制漂移谐振点。第五章结合控制图原理对随机扰动的谐振点进行谐振抑制。首先,对于随机扰动的谐振点,利用控制图原理,提出控制限的确定方法;然后,继续利用模拟退火算法确定陷波滤波器的最优参数,达到既能有效抑制谐振又能使相角损失最小,防止过度抑制的目的;最后,仿真与实验验证了该方法的可行性和有效性。此方法与手动调节参数相比,耗时少,可以准确、快速地抑制随机扰动的谐振点。
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