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伺服驱动系统机电耦合动力学分析与控制方法研究
| 论文题名： | 伺服驱动系统机电耦合动力学分析与控制方法研究 |
| 关键词： | 汽车伺服驱动系统;机电耦合;动力学分析;控制方法 |
| 摘要： | 伺服驱动系统中电机与机械传动系统呈强耦合、时变等非线性特性，是一类典型的机电耦合系统。机械、电气参数激励会导致伺服驱动系统产生耦合振动现象，严重影响系统可靠运行寿命。针对传统机电耦合系统建模过程中，机械系统与电气系统融合度不高的缺点，构建了非线性多惯量机电耦合动力学模型；为解决复杂工况下转速和负载剧烈变化要求快速抑制系统谐振的问题，提出了基于模型预测控制与陷滤波器相结合的复合控制算法，实现了伺服驱动系统运行过程中机械谐振快速抑制和提升系统鲁棒性的目标。本文的主要研究内容为： （1）建立多惯量伺服驱动机电耦合系统动力学模型。综合考虑了驱动电机电磁刚度、机械传动系统（轴系、齿轮）不同刚度参数的影响，利用集中质量法，建立了包含驱动电机、单级直齿轮、负载电机和电机控制器结构的多惯量伺服驱动机电耦合系统动力学模型，为后续的系统动态特性分析夯实理论基础。 （2）分析伺服驱动系统在不同参数影响下的动态响应特性。基于建立的多惯量伺服驱动系统机电耦合动力学模型，采用了数值解法对其进行求解，结合非线性动力学分析理论，借助Matlab编程软件，绘制了机械传动过程中相对扭转角随电磁刚度、激励频率和啮合传动误差参数变化的时间历程图、相平面图、庞加莱截面和幅频响应曲线；分析了电磁刚度、激励频率和传动综合误差等参数的变化对机电耦合系统非线性振动特性的影响，为伺服驱动系统的高性能控制打下基础。 （3）提出一种模型预测控制与陷波滤波器相结合的复合控制算法。针对伺服系统机械谐振问题，研究了多惯量伺服驱动系统运行过程中引入机械谐振点的原因，探明了机械传动装置中不同刚度参数对伺服系统机械谐振的影响；解决了PI控制算法对电机速度、电流控制存在自适应能力不足、需要确定参数多的问题；在数值仿真软件平台建立了伺服系统动态仿真数学模型，提出了一种模型预测控制与陷滤波器相结合的复合控制器，分析了在突加负载、冲击载荷两种复杂工况下伺服驱动系统的动力学特性，并对比了模型预测控制算法的抑振效果。 （4）搭建考虑单级直齿轮传动的数字化伺服系统机械谐振抑振试验验证台架。开展了突加负载、冲击载荷两种工况下机电动态特性的试验研究，对比验证了模型预测控制和陷波滤波器相结合的复合控制算法与模型预测控制算法的机械谐振抑制效果，验证了所提出的基于模型预测控制与陷波滤波器相结合的复合控制算法抑振方法的正确性。 |
| 作者： | 刘永康 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 李文礼;张向奎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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