双轴联动系统鲁棒自适应交叉耦合位置控制

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1、双轴联动系统鲁棒自适应交叉耦合位置控制RobustAdaptiveCrossCoupledPositionControlofBiaxialMotionSystem学科专业：电气工程研究生：王点点指导教师：陈炜副教授天津大学电气与自动化工程学院二零一五年十二月摘要双轴联动控制系统在各类精密机械加工、纺织及轧钢等机电一体化设备中应用广泛。在实际工业生产中，两轴负载不平衡、机械装配误差以及随机干扰会使双轴系统产生同步误差，从而影响产品的加工质量，甚至导致设备因过流而损坏。因而有必要结合新型控制理论，研究开发出性能更为优

2、秀的双轴同步控制策略。为了在改善双轴系统的同步精度的同时，兼顾系统的稳定性，本文对双轴交叉耦合控制策略进行了深入研究。针对传统交叉耦合控制系统的稳定性与同步精度难以兼顾的问题，本文提出了一种鲁棒自适应交叉耦合控制策略。基于对传统交叉耦合控制数学模型的分析，结合非耦合控制系统的同步误差表达式，提出了同步误差传递函数的概念。基于这一传递函数，建立了一个同步误差转换系统，分析推导双轴系统中的不稳定因素，并用这一系统对交叉耦合控制系统进行性能分析，研究了双轴系统同步精度与稳定性难以兼顾的根本原因。在Narendra自适应

3、控制理论的基础上，建立了X轴和Y轴的鲁棒自适应转速控制系统，并详细推导了设计流程与设计约束。针对这一方案抗扰性差的问题，设计了一种基于同步误差的具有强鲁棒性的参数自适应律。应用Lyapunov稳定性定理对所提出的控制策略进行了分析并证明了控制系统的稳定性。将传统交叉耦合控制策略和鲁棒自适应交叉耦合控制策略应用于搭建的实验平台上分别进行了实验验证，并给出了实验结果与分析。实验结果表明，本文所提出的鲁棒自适应交叉耦合控制策略能够有效抑制双轴系统中不稳定因素的影响，增强系统的鲁棒性，兼顾稳定性与同步精度。关键词：双轴联

4、动交叉耦合电机控制系统位置跟踪鲁棒自适应控制ABSTRACTBiaxialmotionsystemhasfoundnumerousapplicationsinmechatronicsoccasions,includingprecisionmachining,spinning,steelrollingandsoon.Inpracticalapplications,duringtheworkingprocess,biaxialsynchronouserrorwilloccurbecauseofunbalancedlo

5、ad,mechanicalassemblyerroranduncertaindisturbances.Thesynchronouserrorwillreducethequalityofproductsorevendamagetheequipment.Hence,theresearchofhigh-performancebiaxialcontrolstrategiescombiningadvancedcontroltheoryhaspracticalsignificanceandnecessity.Toimprov

6、ethesynchronousperformanceandenhancethestabilitysimultaneously,thispaperconductsdeeplyresearchesonthecontrolstrategiesofbiaxialsystem.Thestabilityandsynchronousperformanceareusuallyhardtobeimprovedsimultaneouslyinbiaxialcross-couplingpositionmotioncontrolsyst

7、em.Tosolvethisproblem,thispaperproposedarobustadaptivecrosscoupledcontrolstrategy.Basedontheanalysisofcrosscoupledstructuremathmodel,combiningthesynchronouserrormodelofuncoupledsystem,synchronouserrortransferfunctionisdefined.Basedonthefunction,asynchronouser

8、rorconvertingsystemisestablished,whichisusedtodeducetheunstablefactorsinsystemandanalyzetheperformanceofcrosscoupledsystem.ThereasonwhystabilityandsynchronousperformanceofCCCsystemarehard