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交流伺服系统是运动控制系统的重要组成部分,在交流伺服系统的实际应用中,当电机转动轴与执行机构之间存在弹性连接时,电机转矩、转速和传动转矩会产生机械谐振,恶化伺服系统的动态响应特性,甚至会导致整个运动控制系统失去稳定。因此,研究伺服系统机械谐振问题对改善系统设备的稳定性和安全性具有重要的意义。本文以改善伺服系统的动态响应性能为目的,针对伺服驱动系统中机械谐振问题,研究抑制伺服系统机械谐振的相关方法,即伺服系统机械传动部分的模型辨识、基于模型的机械谐振抑制策略和基于频率特性搜索的机械谐振抑制策略。 本文首先建立了包含多质量体的伺服机械谐振系统数学模型,对系统的机械谐振成因进行了分析;在此基础上分别讨论了机械传动部分的谐振频率特性与伺服系统性能的关系;具体分析了惯量比、传动装置的刚度和粘滞阻尼系数对系统稳定性、动态性能的影响,为设计抑制机械谐振的控制策略奠定理论分析基础。 根据机械传动部分模型的先验知识可以针对性地设计有效的控制策略,使控制系统的响应性能满足要求。为了全面获得表征机械传动模型的变量与参数,本文通过分析机械谐振系统负载侧摩擦转矩的特点,对负载侧的库伦摩擦转矩进行了估算;设计了合理的chirp信号作为伺服系统转矩电流给定,有效地激励并识别出系统的频率特性;同时将遗传算法与粒子群算法进行结合,提出了基于遗传粒子群算法(Breed Particle Swarm Optimization,BPSO)的参数辨识算法,辨识得到机械传动部分的关键模型参数。 基于机械传动部分的模型可以设计主动的机械谐振抑制策略,改善系统的动态响应性能。本文提出了一种改进型内模控制策略及其在伺服机械谐振系统中的设计方法,并分析了该策略抑制伺服系统机械谐振的机理。讨论了内模控制策略在伺服机械谐振系统中的稳定性和鲁棒性,并在此基础上,阐述了改进型内模控制策略中的参数设计原则。 在机械传动部分存在多个谐振点时,精确描述其实际特性的数学模型较为困难,为了有效抑制伺服系统的机械谐振,需要研究伺服系统机械谐振被动抑制策略。本文通过分析谐振频率特性,提出了一种频率特性迭代搜索算法,得到了反谐振频率,谐振频率及其对应的幅值增益和频宽;根据得到的谐振频率特性,设计了改进型的陷波滤波器并优化了滤波器的参数,实现了对伺服系统机械谐振的被动抑制,改善了系统的动态响应性能。 最后搭建了伺服机械谐振系统实验平台,对论文研究的伺服系统机械传动部分的模型辨识策略、基于模型的伺服系统机械谐振抑制控制策略、基于频率特性搜索的伺服系统的机械谐振抑制方法进行了深入的实验研究和分析。实验结果表明,在不同的条件和需求下,采用本文针对机械谐振问题所研究的主动控制方法和被动抑制策略能够改善伺服系统的机械谐振情况。