摘要
交流位置伺服系统因具有精度高、速度快、稳定性强等特点已被广泛应用。然而随着工业技术的快速发展，交流位置伺服系统迎来了更高的要求：一方面在通用工况下，经典的位置-速度-电流三环结构由于自身结构的限制，难以满足一些高轨迹精度与动态响应速度的要求；另一方面针对带有柔性负载的特殊工况，负载末端抖动问题严重降低了轨迹精度。针对上述问题，本文围绕高精度位置伺服系统控制结构优化、柔性关节伺服系统机电混合仿真平台搭建及负载末端抖动抑制算法三个方面进行研究。 针对通用工况下伺服控制结构优化问题，本文研究了一种位置-电流双闭环结构。首先分析了两种传统三环结构的特点，证明了其在轨迹跟踪精度上的局限；给出了基于PI-Lead的双环位置伺服控制结构的机理，证明了相位超前环节对维持系统稳定的重要意义；为简化参数整定过程，本文推导了三种控制结构基于闭环频域指标的参数整定方法。最后，通过理论分析与实验验证，证明了双环结构相比于两种传统三环结构的优点，其无需任何前馈补偿即可消除动态跟踪误差；极限带宽的推导与实验证明了双环结构具有更高的位置极限带宽。 针对柔性关节负载特殊工况下的建模仿真复杂的问题，本文搭建了一种基于RV减速器改进双惯量模型的机电混合仿真平台。分析了RV减速器的机理及经典双惯量模型的局限，补充了齿轮间隙死区模型及减速器摆线轮齿廓不均匀与偏心引起的轴刚度系数时变模型，分别采用积分法、转矩脉冲法及离散傅里叶分析算法实现了转动惯量、齿轮间隙及变刚度系数等重要参数的辨识，最终建立了机电混合仿真平台，提高了算法调试效率。 针对柔性关节负载末端振动引起精度降低的问题，本文分别研究了改进有源阻尼及轴转矩负反馈算法。分析了传统有源阻尼降低动态响应速度的局限，提出了一种基于峰值滤波器与相位超前环节的改进有源阻尼算法，证明了其能够兼顾动态响应性能与末端抖动抑制能力，但存在参数整定复杂的问题。为此，本文进一步分析了基于扰动观测器的轴转矩负反馈算法的机理与参数整定方法，其仅需整定两个参数，提高了算法的实用性。最后在三台不同的六轴工业机器人上进行实验，结果证明了算法的有效性与鲁棒性。
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