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电动舵机伺服系统的间隙与摩擦补偿控制
| 论文题名： | 电动舵机伺服系统的间隙与摩擦补偿控制 |
| 关键词： | 电动舵机;伺服系统;逆间隙模型;摩擦力矩;LuGre模型;控制系统 |
| 摘要： | 电动舵机伺服系统是一种高精度位置伺服系统，主要应用于飞行器、飞机、船舶、机器人等领域。电动舵机是舵机运动的执行机构，其任务是精确控制舵面的偏转，使被控对象达到预期的姿态或位置。舵机伺服系统的性能直接决定着整个控制系统的动态品质。 在电动舵机伺服系统中，间隙干扰和摩擦力矩干扰的存在对系统性能有着严重的影响。间隙干扰会给系统造成稳态误差、振荡等不良现象，甚至影响系统稳定性。摩擦力矩会使系统产生低速爬行现象、极限环振荡等，进而影响系统精度，降低系统动态性能。 本文以某型电动舵机为实验对象，对包括间隙干扰和摩擦力矩干扰的伺服系统建模和补偿问题，从理论上进行了分析和研究，并在实验平台上对提出的补偿方法进行了实验验证。 针对间隙干扰，本文分析了间隙的机理，采用逆间隙模型，有效地补偿了间隙非线性对系统性能的影响。 LuGre模型是一种描述两物体间摩擦力矩的常用动态模型，也是目前最能完整的描述摩擦力矩各非线性现象的数学模型。针对舵机伺服系统中的摩擦力矩，本文研究了基于LuGre摩擦模型的补偿方法，通过仿真和实验平台测试，验证了算法的有效性。 为了验证论文所提出的补偿控制方法，本文搭建了一套完整的舵机伺服系统实验平台。该实验平台采用直流电动机作为执行机构，应用TMS320F28335 DSP搭建了伺服系统控制器硬件，运用Matlab/Simulink设计了控制器软件，利用Solidworks设计了伺服系统机械机构。基于该伺服系统，完成了对间隙环节和摩擦力矩的特性分析及其补偿方法研究。 仿真分析和实验平台测试结果实验表明:逆间隙模型能有效地补偿间隙环节非线性特性干扰，消除间隙干扰给系统带来的不利影响;应用基于LuGre模型的摩擦力矩前馈补偿方法，控制系统能较好地补偿摩擦力矩，消除摩擦力矩引起的不良现象。 |
| 作者： | 兰远锋 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 张文静 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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