高精度伺服轉(zhuǎn)臺中非線性問題的研究.pdf

1、論文結(jié)合三軸精密測試轉(zhuǎn)臺,對高精度伺服系統(tǒng)設計中的非線性問題進行了深入的研究.該三軸轉(zhuǎn)臺主要用于慣導用慣性平臺和慣性儀表的性能測試和鑒定,對位置精度和低速時速率的平穩(wěn)性有很高的要求.論文分析了高精度系統(tǒng)的設計要求,指出由于帶寬的限制,系統(tǒng)的擾動抑制能力也有一個限制,常規(guī)的PD控制只能達到0.01°/N·m的性能極限,只能滿足中等精度的要求,要做到0.0001°的精度指標需要采用特殊的相位滯后校正或者采用Ⅲ型系統(tǒng).文中給出了具有最佳擾動抑

2、制性能的Ⅱ型和Ⅲ型系統(tǒng)的設計.但是無論是高增益的Ⅱ型系統(tǒng)或是Ⅲ型系統(tǒng)都是條件穩(wěn)定系統(tǒng).另一方面高精度系統(tǒng)的線性范圍是很窄的,很容易進入飽和,所以如果是條件穩(wěn)定系統(tǒng),在受到較大擾動時就會不穩(wěn)定,也無法投入工作.文中提出利用運算放大器的飽和非線性來解決這個條件穩(wěn)定問題,也給出了Ⅱ型系統(tǒng)和Ⅲ型系統(tǒng)的不同的解決方案.這種利用運算放大器飽和的非線性校正系統(tǒng)設計的一個主要問題是增益分配,文中還給出了系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的增益分配原則.論文進一步從理論上對這

3、種具有多個飽和非線性的系統(tǒng)進行了分析.飽和非線性是由幾個線性段組成的,屬于分段線性系統(tǒng).根據(jù)分段線性系統(tǒng)的概念,可以將狀態(tài)空間分成多個線性區(qū)域,各線性子空間通過超平面互相銜接,這樣就可以用狀態(tài)空間法來對這種具有多個非線性的系統(tǒng)進行分析.論文結(jié)合飽和非線性的特點,進一步采用投影的辦法,將狀態(tài)軌跡束投影到二維平面上來進行研究.由于狀態(tài)空間法將定量的計算與定性的分析相結(jié)合,所以可以清楚地分析設計參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,為多非線性的系統(tǒng)提供了一

4、種新的設計和分析途徑.對高精度伺服系統(tǒng)來說,影響定位精度和速率平穩(wěn)性的一個主要因素是摩擦.由于三軸轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動系統(tǒng)選用的是無刷電機,軸承則采用的是氣浮軸承,軸系上的摩擦力已大大降低,三軸轉(zhuǎn)臺上的摩擦主要是滑環(huán)軸上金屬對金屬的摩擦,所以文中選用"庫侖+粘滯+靜摩擦"的摩擦模型來進行分析.文中采用狀態(tài)空間法對由于摩擦引起的滯-滑自振蕩進行分析,根據(jù)θ(角度)正半軸繞原點一周后對其自身的映射關(guān)系來判定自振蕩.文中還給出了能反映靜摩擦特性的Sim