谐波减速器动力学特性与建模研究进展

谐波减速器具有相对质量低、结构紧和价格低廉等优点,广泛应用于空间机械臂关节设计.然而,谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性阻碍了空间机械臂关节指向精度、运动稳定度等性能指标的提升.为改善空间机械臂关节性能,国内外学者针对谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性开展了试验研究和机理分析,并建立了数学模型.本文从试验、机理和建模3个角度出发,系统论述关于谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性的最新研究成果,总结分析谐波减速器动力学特性和建模研究所面临的挑战以及未来发展的方向.

永磁交流伺服系统的抗扰动自适应控制

在某些高性能的驱动场合,惯量扰动的存在是造成伺服系统性能变差的重要原因。现提出一种具有抗扰动作用的自适应控制方法,采用梯度算法对系统的惯量进行在线辨识,并依据极点配置原则对速度控制器参数(速度环的比例系数Kpω和积分系数Kiω)进行实时调整,文中给出了理论分析。以一台面贴式永磁同步电机为对象进行了惯量辨识和自适应性能的仿真分析和实验验证,结果表明本文提出的基于梯度算法进行在线惯量辨识及调整的自适应算法是有效的。

永磁同步电机伺服系统抗扰动自适应控制

为使永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服系统能够满足某些驱动场合时变惯量、时变负荷的工作特性,提出一种具有抗扰动作用的自适应转矩控制方法。针对时变惯量,采用朗道离散时间递推算法对惯量进行实时估计,然后用辨识得到的惯量当前值依照规则对速度控制器各参数进行整定,使伺服系统在惯量发生变化时仍具有良好的动静态性能。针对时变负荷,采用一种简单的降维负载观测器对负载力矩进行辨识,并用辨识得到的负载力矩值对变载引起的速度扰动进行自适应补偿,以提高系统的鲁棒性。以一台面贴式永磁同步电机为对象进行试验,结果表明所提出的自适应算法有效,参数辨识的收敛速度较快,该方案所采用的补偿措施对系统参数变化和扰动等有很强的鲁棒性,能应用在一些时变负荷、时变惯量的驱动场合。

永磁同步电机模糊PID参数自整定

介绍了永磁同步电机(PMSM)在d-q轴下的数学模型,针对传统PID控制器无法满足非线性、参数时变、干扰繁多的永磁同步电机伺服系统的高性能要求的问题,提出了一种利用模糊控制器实时整定PID控制器参数的模糊PID控制方法,将其应用到基于矢量控制的永磁同步电机伺服系统速度环中。仿真结果表明,相对于传统PID控制器,新的模糊PID控制器对系统负载和惯量扰动具有良好的鲁棒性。

伺服压力机用永磁交流伺服系统驱动特性

理论分析了伺服压力机在冲压过程电容储能装置电压电流的变化情况。基于伺服电机恒速驱动模式,对电容储能装置的设计参数进行了简要分析,并给出了一组较合理的电容储能参数。基于该电容储能参数,为实现压力机的变速驱动和多适应能力,重点对伺服驱动器的控制参数和压力机的出力能力作了详细分析,并给出了重要结论。为验证结论的正确性,设计了专用永磁交流伺服系统进行实验验证。结果证明,设计的电容储能装置能够满足压力机冲压加工的动力和控制要求;对伺服驱动器控制参数和压力机出力能力的分析是合理的,从而为进一步提高伺服压力机的柔性化奠定了基础。

基于准滑模观测器的PMSM无位置传感器控制

针对基于传统滑模观测器的无位置传感器控制抖振大、低速估算性能差等缺点,在分析永磁同步电动机(PMSM)数学模型的基础上,引入了一种新型准滑模观测器进行转子位置估算。切换函数采用饱和函数代替开关函数,通过选择合适的边界层厚度,有效削弱了抖振;并将估算反电势的反馈值引入到观测器模型,通过选择合适的反馈系数,提高了转子位置估算的精度,并扩大了其低速下的适用范围。仿真和实验结果证明了该方法的可行性和有效性。

一种帆板驱动机构用永磁同步电机微步控制方法

根据磁场定向矢量控制原理,提出一种永磁同步电机微步驱动控制策略.通过保持定子电流矢量幅值不变并均匀改变定子电流矢量的位置,获得大小不变位置均匀变化的定子磁势,从而实现太阳帆板的对日定向.试验结果表明采用所提出的微步驱动控制方法实现了太阳帆板模拟负载的驱动性能,并得出设计过程中应综合考虑整机效率和帆板驱动速度稳定度因素来选取转矩电流给定的结论,也进一步证明了控制方法的有效性,可用于工程实际.

一种永磁同步电机转子位置传感器零位偏差高精度测量方法

永磁同步电机的高性能控制离不开转子位置的高精度检测。转子位置的检测通常由与电机同轴安装的测角传感器实现。测角传感器零位与电机转子电气零位之间的偏差确定精度对电机的控制性能产生直接的影响。在分析电机反电势模型的基础上,结合旋转变压器解码数据,提出了一种通过拖动电机被动转动,测量电机绕组反电势及旋变解码数据高位信号的零位偏差直接测量方法。实验表明该方法具有测试方法简单、测量精度高等特点。

基于凸极跟踪的IPMSM转子初始位置自检测的研究

为了实现内埋式永磁同步电机(IPMSM)转子初始位置的自检测功能,该文在深入分析高频信号激励下IPMSM数学模型的基础上,研究了一种基于凸极跟踪的转子初始位置自检测方法。文中详细讨论了高频电压信号的注入,位置信号的提取以及跟踪观测器的设计。仿真结果表明,该方法能够准确检测出IPMSM转子的初始位置,实现电机的可靠起动、运行。

用于伺服压力机模拟试验系统动态加载的磁粉制动器励磁电源的设计

详细研究了伺服压力机的负荷特性,建立了伺服压力机的负荷与运动曲线。针对伺服压力机模拟系统,分析了模拟的动态载荷。磁粉制动器是通过控制通入的励磁电流来控制输出转矩的转矩加载装置,为了使传统的磁粉制动器输出动态载荷,设计了一个励磁电流曲线可以自由设定的励磁电源,详细介绍了该励磁电源的硬件结构和软件流程的设计。实验证明,该励磁电源可以作为模拟加载装置的控制单元,并具有控制灵活,性能可靠,移植性强等优点。

基于梯度算法的永磁伺服系统惯量辨识性能研究

为抑制惯量扰动对高性能伺服驱动系统性能的影响,系统应具有惯量辨识和控制器参数自整定的功能,而精准、快速地辨识出系统实时转动惯量值是其需要首先解决的关键技术。本文针对惯量辨识展开了研究,推导出永磁同步电机(PMSM)惯量辨识的梯度公式,并研究了影响惯量辨识收敛速度和精度的因素。通过仿真和实验表明,梯度算法用于永磁伺服系统的惯量实时辨识是有效的,惯量辨识的收敛速度较快,最快可控制在5s左右,且给定速度周期越短、转速变化范围越大,惯量辨识的实时性越好,这为下一步进行系统速度控制器参数自整定提供了基础。