一种用于抑制机械共振的改进型数字滤波器

一种用于抑制机械共振的改进型数字滤波器

一、抑制机械谐振的一种改进的数字滤波器(论文文献综述)

沙磊[1](2021)在《二质量系统机械谐振抑制及控制方法研究》文中研究说明伺服系统因其优异的特性在工业生产中得到了越来越广泛的应用。在伺服驱动装置中,电机一般通过带有柔性环节的连接装置驱动负载运动,一般称这类系统为二质量系统。二质量系统中的柔性环节容易产生机械谐振,破坏系统稳定性。此外,摩擦、外部扰动、参数不确定性、未知动态等也对二质量系统的控制造成极大的困难。因此,如何克服机械谐振及多种扰动对二质量系统的影响,提升伺服系统的控制精度,具有重要的意义和研究价值。本文针对受机械谐振及多种非线性扰动影响的二质量系统,讨论了其谐振抑制、扰动补偿及控制问题。研究了非奇异终端滑模控制、固定时间积分滑模控制、改进神经网络动态面控制等多方面的问题。主要研究内容如下:(1)针对二质量伺服系统中存在的机械谐振,在不同频段提出了不同的方法抑制谐振。建立了二质量系统谐振模型;在低频段,利用线性扩张状态观测器估计负载转矩,并基于负载转矩反馈,设计一种抗比例、抗微分冲击的新型IP调节器抑制谐振;在高频段,提出一种基于增强陷波滤波器的抑振策略,给出了谐振频率的辨识方法和滤波器的参数整定方法。仿真结果表明两种方法能够通过各自的优势有效地抑制机械谐振。(2)针对负载侧位置信息难以测量的二质量伺服系统,设计了一种基于有限时间扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制策略。首先,利用有限时间扩张状态观测器估计电机速度和总扰动,通过对总扰动前馈补偿减小了非奇异快速终端滑模的抖振,又保证了其控制性能。然后,设计非奇异快速终端滑模控制器提高系统的响应速度和跟踪精度。最后,基于Lyapunov理论证明了系统的有限时间稳定性。仿真结果表明该方法有效地提高了系统的动态响应和抗扰能力。(3)针对负载和电机两侧均受外界扰动的二质量系统,研究了一种基于扰动观测器的固定时间积分滑模控制方法,实现了负载速度跟踪误差的固定时间收敛。首先,利用固定时间扰动观测器估计扰动和扰动的微分,并结合估计值,将模型转换成标准积分串联形式。然后,利用固定时间高阶调节器设计固定时间积分滑模面。最后,基于固定时间趋近律,设计了一种新型的全局固定时间收敛的积分滑模控制器。并基于Lyapunov理论证明了系统的固定时间稳定性。仿真结果表明,相比于仅考虑滑模变量和观测器估计误差固定时间收敛的方法,固定时间积分滑模面的引入实现了跟踪误差的固定时间收敛,实现了系统响应速度和跟踪精度的提升。(4)针对两侧均存在未知非线性摩擦的二质量系统,提出了一种基于径向基神经网络的自适应动态面控制方法。首先,引入一种连续可微的摩擦模型,建立二质量系统的数学模型。然后,为了提高滤波瞬态性能,利用滑模微分器代替一阶低通滤波器,解决了一阶滤波器滤波精度不足的问题。同时,设计径向基神经网络逼近未知非线性函数。最后,基于函数的逼近值,通过递推的方式设计了一种改进的神经网络动态面控制器。并利用Lyapunov方法判断所提算法的稳定性。仿真结果表明,此方法解决了负载在低速跟踪时,非线性摩擦造成的位置跟踪出现的“平顶”问题以及速度跟踪存在的“死区”问题,并提升了系统的动态性和鲁棒性。

李醒飞,郑安琪,拓卫晓,周政[2](2021)在《宽频惯性基准谐振抑制陷波器参数优化方法》文中指出宽频惯性基准(H-IRU)能够提供一束稳定于惯性空间的参考光束,作为捕获、跟踪与瞄准(ATP)系统视轴的惯性参考.根据H-IRU的弹簧-质量模型推导了系统的传递函数,并对系统的频响特性进行了辨识实验.为了抑制H-IRU柔性支撑结构引入的低频谐振,提出了一种改进型陷波器.为了避免因陷波器参数设计不合理导致谐振抑制效果不理想或设计过程反复等情况的发生,提出了一种陷波器参数优化设计方法.以H-IRU系统模型幅频特性曲线最大幅值处的频率确定陷波中心频率,根据系统的直流增益与最大幅值之差确定陷波深度参数,以最小化加入陷波器后系统幅频曲线凸起为目标构造目标函数,对陷波器宽度参数进行快速寻优.将设计的陷波器串联入控制回路,结合不完全微分PID控制和噪声抑制扰动观测器设计了一种混合控制器作为H-IRU的位置环控制器.对串联陷波器后的H-IRU系统的开环及闭环频域特性进行了Matlab仿真,并利用扫频法和辨识法对其实验频域特性进行了测试.仿真和实验结果表明:采用参数优化方法设计的陷波器能够有效抑制系统27 Hz附近的低频机械谐振,结合闭环控制方法,可拓展系统闭环带宽至110 Hz.

闵溢龙[3](2020)在《高精度低耦合刚度大惯量扫描镜控制技术研究》文中指出空间光学遥感器在对探测目标进行扫描成像时,为获得高质量的成像数据,内部扫描镜运动控制系统需要具备优异的动态控制精度,能够实现稳定精确的摆动扫描。为满足不断提高的遥感精度指标要求,需要不断提高扫描镜运动控制系统的控制精度。在一般的光机扫描系统中,因光学遥感器光学孔径设计的需要,会设计较大尺寸的扫描镜,使得转动惯量较大。同时为保证扫描镜具有很好的面形精度,驱动电机转子、传动连接轴和扫描镜之间的耦合刚度不能设置太高。这两个因素使得系统运行时传动轴因刚度不足而发生较大的弹性形变,易产生机械谐振。如果简单地通过提高系统控制器的增益来获得更好的控制性能,引起的机械谐振使得扫描镜摆动时更容易失控,整个系统控制性能的提高也将受到限制。在光学遥感器的研制要求中,对高控制性能扫描镜系统的指标要求在不断提高,采用经典控制理论方法设计此类低耦合刚度的大惯量扫描镜控制系统将难以克服机械谐振对系统控制性能的限制。本课题将采用现代控制理论中观测器和状态反馈的设计方法对这类扫描镜控制系统进行优化,抑制系统运行时存在的机械谐振,同时提高系统的控制性能。本文将分别从系统控制对象的分析、优化控制方法的提出、控制系统的设计与仿真、软硬件系统的搭建和控制系统的实验这几个方面逐步进行详细地分析和讨论。首先,对系统中的低耦合刚度大惯量扫描镜控制对象进行分析,建立对应的控制模型。通过仿真分析系统运行时产生机械谐振和机械谐振对系统控制性能限制的原因。分析大惯量负载对存在机械谐振的控制系统性能的影响。根据调研情况和实际系统结构,提出了借助电流和位置反馈信号,采用现代控制理论设计加速度观测器的方法。将观测得到的加速度反馈到系统电流环前端构成反馈回路,从而提高系统的截止频率,同时降低系统中机械谐振峰值,达到抑制谐振并提高系统的控制性能的目的。然后,对控制系统结构进行设计。基于电流-速度-位置三闭环的系统控制结构,在电流环和速度环之间加入加速度观测器并引入加速度反馈。分别建立控制系统各环路的离散控制模型并对建立的模型进行仿真。仿真得到系统中各个环路的指令响应、开环bode图、闭环bode图和干扰响应bode图。对于电流环,闭环控制带宽可以达到1k Hz,具有良好的抗干扰能力。速度环和位置环则分析了加入加速度观测器前后系统环路控制性能的变化情况。在稳定裕度保持不变的前提下:对于速度环,加入加速度观测器前带宽为28.85Hz,加入后带宽提高到65.23Hz;对于位置环,加入加速度观测器前带宽为25.41Hz,加入后带宽提高到60.75Hz。在系统仿真方面说明提出的优化方法可以提高系统的控制性能。接着,设计并搭建系统的软硬件扫描控制器。采用以DSP+FPGA(DSP作为主控器进行控制算法的运算和控制信号的输出,FPGA作为协处理器对数据信号进行传输和处理)为主体的控制架构,搭建扫描控制器的各部分外围硬件电路,并编写硬件电路对应的软件程序。设计的扫描控制器系统包括反馈数据采集与传输模块,电机驱动模块,控制算法运算模块和上位机控制终端模块等部分。最后,将搭建好的扫描控制器与低耦合刚度一维大惯量扫描机构匹配,进行低速摆动扫描实验,测试系统的控制性能。实验中分别测试了控制系统的电流环指令响应和误差,还测试和对比了加入加速度观测器优化前后的速度环、位置环的指令响应和误差。系统的电流环可以快速响应电流指令,实际带宽能达到约900Hz。系统的速度环可以快速跟踪速度指令,在匀速段跟踪误差的均方根从原来的1.37×10-3 rad/s下降为0.55×10-3 rad/s,动态控制精度提高约60%。系统的位置环同样可以快速高精度地跟踪位置指令,在匀速段跟踪误差的均方根从原来的1.062×10-5 rad下降为0.407×10-5 rad,匀速段的位置动态控制精度提高约62%。通过对系统的频率测试可知,优化后系统在机械谐振频率处的振幅下降,谐振得到一定地抑制。系统的仿真结果与实测结果保持了较好的一致性。通过以上几个方面的研究工作,本文提出并论证了基于现代控制理论设计加速度观测器并将观测得到的加速度进行反馈建立负反馈环路的方法,能够有效地抑制低耦合刚度的大惯量扫描镜系统运行时易产生的机械谐振,提高系统的控制带宽和动态控制精度。并且该方法易工程实现,参数调试也很方便。

任维[4](2020)在《运动平台下光电跟踪系统的抗扰控制技术研究》文中研究指明随着光电跟踪系统应用领域的不断拓展,期望光电跟踪系统具备灵活性和机动性,以便无论在哪种运动平台下都可以实现对目标的稳定跟踪。在运动平台下的光电跟踪系统面临的技术挑战较传统地基光电设备更大。由于运动载体的机动和环境振动会严重影响系统的视轴稳定,因此光电跟踪系统的抗扰技术至关重要。本文针对光电跟踪系统中机架和精密稳定平台等执行结构在实现视轴稳定控制中面临的问题,分别提出了基于H∞原理的扰动观测器设计方法、基于虚拟速度三闭环控制、改进型Smith预估器和复合稳定平台及控制方法,并通过实验验证分析了所提方法达到的性能效果。本文首先介绍了光电跟踪系统的工作原理,分析了稳定和跟踪两个问题的处理方式。通过建立光电跟踪平台的坐标系,推导了实现视轴稳定的扰动补偿方程,并基于扰动补偿方程阐述了惯性陀螺的两种安装方式。其次,分析了光电跟踪系统的复合轴控制结构,对机架和精密稳定平台分别进行了数学建模。因为系统的视轴稳定精度取决于系统的扰动抑制能力。对任何伺服系统来说,系统的扰动抑制能力都是由主动抑制能力和被动抑制能力组成。主动抑制能力的性能取决于被控对象的特性、惯性传感器的性能和控制算法。而被动抑制能力取决于平台自身的机械隔离特性。本文从主动抑制和被动抑制两个角度展开稳定控制技术研究。提出了一种基于H∞原理的扰动观测器设计方法,利用扰动观测器观测出外界扰动并进行前馈补偿以提高机架系统的扰动抑制能力。但机架被控对象的非线性特性会影响扰动观测器的稳定性。本文进一步利用H∞控制理论分析关于扰动观测器的Q滤波器设计的优化方程,以确保扰动观测器的稳定性。由于该优化方程为非标准的H∞优化方程型式,难以实现求解。因此理论推导和分析了将非标准优化方程转换成优化方程的计算步骤。基于吊舱平台的稳定实验表明在吊舱转轴存在非线性摩擦特性的情况下,扰动观测器稳定并可以将1Hz处的扰动能力提高-11.22d B。为了满足精密稳定平台轻量化和小型化的需求,从减少传感器数量和节约成本的角度出发,兼顾系统的稳定性要求。提出了基于虚拟速度环的三闭环控制方法,利用价格低廉、体积小、重量轻、测量带宽宽的MEMS线加速度计来估计平台的角速度信号。数学推导了信号数字积分的基本原理,并针对积分过程中产生的累积误差问题,设计了一种周期性的虚拟初始速度修正方法,消除了累积误差的影响。实验结果表明,在低频段虚拟速度信号可以替代陀螺传感器的使用,实现对平台速度状态信息地近似表征。并利用虚拟速度信号作为速度反馈信号实现了稳定的三闭环控制系统,验证了该方法的可行性。考虑到延迟环节对闭环稳定回路带宽的限制,提出了一种改进型Smith预估器补偿方法。通过对比分析Smith预估器、内模控制和扰动观测器的控制结构和补偿原理,将扰动观测和补偿的设计思想引入到传统的Smith预估器中,得到了一种改进型的Smith预估器控制结构。对改进型Smith预估器的理论分析表明该方法不仅可以改善陀螺信号滞后对速度环的影响,而且还提高了系统低频段的扰动抑制比。最后在基于精密稳定平台稳定控制实验中验证改进型Smith预估器算法的有效性。最后针对精密稳定平台高频隔振能力不足的问题,提出了一种复合式稳定平台结构。从单级精密稳定平台的被动隔离特性和闭环回路中的动力学方程开始分析,指出了通过降低平台刚度系数提高被动隔离能力对系统主动稳定带宽设计产生的限制。然后建模分析了复合平台的被动隔离特性、主稳定平台的动力学方程和次稳定平台的动力学方程。并对次稳定平台在闭环设计过程中出现的不确定问题,提出了一种基于模型的鲁棒控制器设计方法。在此基础上搭建了相应的复合稳定实验验证平台。最终的扰动抑制对比实验结果表明复合稳定平台能够极大地提高系统全频段的扰动抑制能力。

吴嘉欣[5](2020)在《永磁交流伺服系统若干控制问题研究》文中进行了进一步梳理永磁同步电机因具有机械结构简易、功率密度高、转矩平稳和运行可靠性高等优点,逐步成为中小功率等级高性能交流伺服领域驱动电机的首选。高性能的永磁同步电机伺服系统需具备响应快速、定位精确、抗干扰能力强的控制品质。目前,永磁同步伺服控制系统还有两个问题等待解决,一是非线性因素和不确定性扰动下的伺服系统动态响应与鲁棒性问题,另一个是非刚性负载连接设备引发的伺服系统机械谐振问题。为此,本文结合永磁同步伺服控制系统的需求及实践经验,以永磁同步电机为研究对象,对其控制系统的相关问题展开研究,主要工作包括:(1)分析永磁交流伺服系统的构成,建立永磁同步电机的数学模型,依次通过解耦控制及坐标变换,电流控制器,速度控制器及位置控制器的设计来分析永磁交流伺服系统的矢量控制方法。通过对永磁交流伺服系统的论述,为后续的永磁交流伺服系统的若干控制问题的研究奠定基础;(2)介绍自抗扰控制器的优势及标准自抗扰控制器模型,将自抗扰控制器应用到永磁交流伺服控制系统的电流环中,设计由线性扩张状态观测器和状态误差反馈率组成的电流环自抗扰控制器,在此之后对加入了控制器的电流环进行性能分析,最后对电流环的抗扰动性能进行分析;(3)进行转速环复合PI控制器设计并进行其性能的分析,同时针对抑制超调的方法选择输出微分负反馈及IP控制器,进一步设计变结构PI控制器,最终得到最优PI控制器及变给定增益PI控制器。通过对转速环复合PI控制器的设计提高系统对连续变化输入的跟踪性能;(4)对永磁交流伺服系统机械谐振进行分析,得到对谐振产生影响的主要因素,进一步地采用快速傅里叶变换对谐振系统进行频率在线辨识,最后采用陷波滤波器对系统谐振频率进行滤波。其中对陷波滤波器对系统的影响进行分析并且对滤波器的参数进行确定,最终实现陷波滤波器的数字化;(5)搭建基于永磁同步电机的伺服系统实验平台。阐述本文提出的伺服系统电流环、转速环以及振动抑制控制算法的实验结果。实验结果会验证本文提出的伺服系统电流环、转速环以及振动抑制控制算法的有效性和实用性。本文的研究完善了永磁交流伺服控制系统的控制方法,对实际工程中伺服控制系统的设计具有一定的指导意义和借鉴价值。

龚文全[6](2020)在《柔性负载交流伺服系统的机械谐振抑制》文中研究表明交流永磁同步伺服电机与运动机械负载之间,使用机械传动机构作为连接装置。由于实际的机械传动机构一般都具有一定的柔性,使理想的刚性负载伺服系统弱化为柔性负载伺服系统,可能会引发机械谐振。本文首先介绍了柔性伺服系统的国内外研究现状,阐述了柔性伺服系统振动抑制的方法的和步骤,建立了柔性传动伺服系统的二质量模型。在二质量模型的基础上,分析了机械谐振产生的原因,以及电机惯量、负载惯量、粘滞阻尼系数和传动刚度系数对机械谐振特性的影响。其次,为了实现机械谐振频率的精准、快速检测,介绍了基于自适应陷波滤波器频率估计算法的伺服系统机械谐振频率检测方法基本原理,分析了该检测方法中不同参数对检测结果的影响,并与快速傅里叶变换方法进行了对比,通过仿真分析和实验验证,表明该方法可以满足伺服系统机械谐振的检测需求。然后,针对伺服系统速度控制回路中通常使用的二阶陷波器,讨论了陷波参数对其相位损失的影响,分析了其相位特性,得到了陷波器相位损失的函数。对此提出了一种改进型陷波滤波器,以提高系统的相位稳定裕度,改善伺服系统的动态特性。本陷波滤波器引入修正因子,调整陷波滤波器的相位特性,减小陷波滤波器的相位滞后,使伺服系统机械谐振得到抑制的同时,仍能保持较小的相位损失,具备较为良好的动态性能,通过仿真和实验,对传统陷波器策略和改进型陷波器策略进行了对比分析。最后,搭建永磁同步伺服电机柔性负载实验平台,将ANF频率在线检测算法及改进型陷波滤波器方案进行了实现,实验结果验证了所提策略的有效性。

罗炳章[7](2020)在《永磁同步伺服系统谐振检测及抑制》文中认为永磁同步伺服系统中的机械传动装置不是理想刚体,存在一定弹性。而伺服控制为获得高响应,往往增大速度调节器的比例增益,由此会造成机械谐振,使得整个伺服系统失调。因此,采取相应的策略抑制谐振具有重要意义。本文以滚珠丝杠作为永磁同步伺服系统机械传动装置,分析联轴器和丝杠引起的谐振问题,并采用陷波滤波器滤除速度环路中的谐振频率,最终实现谐振抑制。论文首先简要介绍了永磁同步电机在同步旋转dq坐标系下的数学模型以及矢量控制基本架构。其次,建立了滚珠丝杠弹性系统的多质量模型,并将该模型经过简化后等效成双质量模型,然后,在双质量模型的基础上,利用bode图和描述函数法分析了机械谐振产生的原因,并解析了当发生谐振时,速度调节器输出信号的振动频率近似等于系统的谐振频率,从而为后续章节中谐振频率的检测做好理论铺垫。随后,针对传统FFT谐振频率检测方法实时性较差等缺点,本文提出了一种基于ANF的谐振频率检测方法,通过对速度调节器输出信号进行实时的振动频率估计来获取系统的谐振频率,由此提高系统的谐振频率检测速度。介绍了ANF算法的原理及稳定性分析,并给出了该算法的数字化实现的推导过程。同时,针对传统双线性变换离散化方法导致的频率估计值不收敛问题,提出了一种改进型双线性变换法,有效解决了这个问题。最后,将ANF算法应用于数字伺服系统的谐振频率检测中,仿真验证了其有效性。此外,为了抑制谐振,本文采用了基于陷波滤波器的谐振抑制策略,简要介绍了传统陷波滤波器的结构特点,并针对传统陷波滤波器的缺点,提出了一种改进型陷波滤波器,并将该陷波滤波器串入速度调节器的输出与电流环的给定之间,以滤除速度环路中的谐振频率,最终实现谐振的抑制。最后,搭建了以滚珠丝杠作为永磁同步伺服系统机械传动装置的实验平台,通过实验验证了本文谐振频率检测方法和谐振抑制策略的可行性和有效性。

毕京斌,贾智军,孔宴伟,夏猛[8](2020)在《基于陷波器的永磁电机振荡抑制》文中指出针对振荡问题,在工业控制系统中,电机与负载之间一般都是通过传动轴、齿轮或者联轴器等传动机构进行连接,然而传动机构有一定的刚度系数,并不是完全刚性的,因此电机和负载之间存在柔性传动。永磁驱动控制系统机械谐振抑制的综合设计是电机驱动领域的关键共性技术,对于提升永磁电机控制系统动态响应品质、提高系统安全性具有十分重要的意义。本论文主要研究使用陷波滤波器抑制机械谐振。针对实际系统中发生的机械谐振,需要研究运行过程中在线自动辨识其谐振特征方法,并根据谐振辨识出的谐振情况,自动配置陷波滤波器参数,实现自动抑制机械谐振的目的。

王昱忠[9](2018)在《伺服系统机械谐振抑制方法的研究与实现》文中研究表明三相永磁同步电机由于存在诸多优点,使其在交流伺服控制领域得到极其普遍的应用。在伺服电机驱动负载运行时,电机与负载间的连接装置传动轴往往不是完全刚性的,这就会引发伺服控制系统间的柔性传动,柔性传动必然会产生机械谐振。机械谐振的存在会使伺服控制系统的转速与电磁转矩发生明显且持续的震荡现象,这样就会影响到当前控制系统的控制精度、响应速度等,同时在某种程度上会限制系统频带响应宽度的提升,严重时会致使系统失稳、传动连接装置损伤及断轴等情况发生,使伺服装置达不到预先设计的目标。因此,对于伺服系统机械谐振抑制问题的研究变将得极为重要及迫切。本文首先阐述了伺服控制系统中机械谐振问题的国内外发展的状况及存在的问题;学习研究了伺服电机控制相关理论,建立伺服电机对应的数学模型去探讨平台中电机矢量控制的原理与方法;通过建立简化的电机-负载二惯量数学模型来分析机械谐振在伺服控制系统中产生的机理,分析并讨论了负载电机惯量比与传动轴刚度系数对机械谐振的影响情况。谐振频率点的准确辨识是谐振被动抑制的关键。接下来文中研究了伺服系统中谐振频率特性辨识方法,包括直接测量法、扫频法、转速电流分析法等。扫频法是对给定的像chirp信号之类的含丰富频率成分的激励信号的辨识,属于离线频率特性辨识;转速电流分析法是对当系统谐振发生时采集转速误差信号或交轴电流信号后进行FFT频谱分析的方法,属于在线谐振频率辨识。本文采用在线谐振特性辨识并在matlab仿真验证了该方法的正确性。随后基于前面的分析,设计了一种基于自适应陷波滤波器的伺服系统谐振抑制方案,提出了陷波滤波器各个参数的确定方法。将该方案在matlab中进行了仿真验证,速度环的转速振荡得到了很好的抑制。最后将前面设计的方案在DSP芯片为TMS320F28335上进行软件编程验证。先将速度环转速调节为500rad/s,使其产生谐振振荡现象;之后加入设计好的谐振抑制算法观察到速度振荡明显减弱。实验结果表明该方案的可行性与有效性。

关海鸥[10](2014)在《低压电网剩余电流暂态过程特征提取与识别方法研究》文中认为剩余电流保护装置在我国低压电网中的广泛应用,对于防止触电伤亡事故以及避免因漏电而引起的电气火灾事故具有非常重要的作用。目前在线运行的剩余电流保护装置,其动作电流的整定值与生物体触电电流无关,通常是将检测到的剩余电流有效值的大小作为是否动作的唯一判据。理论研究和实际运行经验表明,这种判据无法识别可能对触电者构成生命安全的触电支路的电流信号,在动作原理上存在先天不足和缺陷,经常导致误动或拒动现象的发生,大大降低了剩余电流保护装置的动作可靠性和正确投运率。针对上述问题,在国家自然科学基金项目“剩余电流中触电电流分量的频谱特征与快速识别方法”和国家电网科技项目“基于剩余电流保护的农村用电安全关键技术研究”的支持下,本课题通过构建触电物理实验平台,测试和获取生物体触电原始数据,开展低压电网剩余电流暂态过程特征提取与识别方法的研究。本文充分利用智能信息处理技术(小波变换、遗传计算、神经网络),通过构建触电物理实验平台,获取批量生物体触电原始数据及波形并建立了数据库;分析并掌握了剩余电流的暂态频谱特征和波形特性;提取了剩余电流暂态分量的幅值和能量多维度特征;实现了触电故障时刻的检测与定位、触电故障类型的准确识别、以及触电支路电流分量的提取。主要完成内容如下:(1)设计并构建了触电物理实验平台,通过多种场景的模拟触电实验,获取批量动/植物触电数据,建立了我国低压电网生物体触电波形数据库。(2)采用快速傅里叶变换分析了生物体发生触电故障时的剩余电流的频谱特征,掌握了暂态剩余电流的各个分量及其变化规律;提出了一种数学梯度和形态学梯度的组合算法,在分析剩余电流波形特性方面,能够突显出原始信号在触电时刻的波形变化特征。(3)利用多种信号处理方法(数学统计量、傅里叶变换、经验模态分解),建立了多维度剩余电流暂态分量的幅值和能量特征的计算和提取方法。该方法能够突显生物体触电信号的特征向量,更加有利于触电故障类型的识别。(4)应用离散希尔伯特变换方法,以剩余电流瞬时相位差的累积之和为判据,提取相位突变特征;应用突变量计算方法,以剩余电流信号幅值的突增量累积之和为判据,提取幅值突变特征。在此基础上,创新地提出了一种基于相位和幅值多突变量为判据的触电故障时刻检测方法。(5)创新地综合运用小波变换和前馈神经网络,建立了一种触电故障类型识别方法。利用剩余电流暂态分量幅值与能量特征优化了神经网络结构,采用量子遗传算法改进了神经网络学习方法,显着提高了训练效果。(6)创新地提出了一种基于有限冲激响应和径向基神经网络相耦合的触电支路电流分量识别和计算方法。该方法解决了工程中生物体触电支路电流不可检测的问题,为新一代基于人体触电电流分量而动作的自适应型剩余电流保护装置的开发提供可靠的理论依据。

二、抑制机械谐振的一种改进的数字滤波器(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、抑制机械谐振的一种改进的数字滤波器(论文提纲范文)

(1)二质量系统机械谐振抑制及控制方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 机械谐振抑制研究现状
        1.2.2 基于扩张状态观测器的控制研究现状
        1.2.3 滑模变结构控制研究现状
        1.2.4 动态面控制研究现状
    1.3 论文主要内容与章节安排
第二章 二质量伺服系统机械谐振抑制
    2.1 引言
    2.2 机械谐振产生原理
    2.3 机械谐振抑制方法
        2.3.1 低频谐振抑制
        2.3.2 高频谐振抑制
    2.4 本章小结
第三章 基于扩张状态观测器的二质量系统非奇异终端滑模控制
    3.1 引言
    3.2 基于FTESO的非奇异快速终端滑模控制器设计
        3.2.1 系统分析
        3.2.2 有限时间扩张状态观测器
        3.2.3 非奇异快速终端滑模控制器设计
    3.3 稳定性证明
    3.4 仿真分析
    3.5 本章小结
第四章 基于扰动观测器的二质量系统固定时间积分滑模控制
    4.1 引言
    4.2 预备知识
        4.2.1 固定时间微分器
        4.2.2 相关引理
    4.3 基于扰动观测器的固定时间积分滑模控制器设计
        4.3.1 系统分析
        4.3.2 固定时间扰动观测器设计
        4.3.3 固定时间积分滑模控制器设计
    4.4 稳定性分析
    4.5 仿真分析
    4.6 本章小结
第五章 基于神经网络的非线性二质量系统自适应动态面控制
    5.1 引言
    5.2 预备知识
        5.2.1 径向基函数神经网络
        5.2.2 滑模微分器
        5.2.3 连续可微摩擦模型
    5.3 基于神经网络的改进自适应动态面控制器设计
        5.3.1 系统分析
        5.3.2 控制器设计
    5.4 稳定性分析
    5.5 仿真分析
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢

(3)高精度低耦合刚度大惯量扫描镜控制技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题引出
    1.3 相关技术研究情况
        1.3.1 大惯量负载空间驱动机构
        1.3.2 机械谐振抑制方法
        1.3.3 加速度获取方法
        1.3.4 扫描镜控制技术
    1.4 课题研究目标
    1.5 课题研究内容和方法
    1.6 论文章节安排
第2章 控制对象建模分析及加速度观测器方法
    2.1 系统控制对象建模
    2.2 低耦合刚度系统与高耦合刚度系统
    2.3 机械谐振对控制性能的限制
    2.4 大惯量负载对机械谐振的影响
    2.5 加速度反馈抑制谐振的分析
    2.6 加速度观测器的设计
        2.6.1 观测器的结构
        2.6.2 观测器补偿器设计
    2.7 加速度观测器参数调试
    2.8 模型偏差对观测器性能的影响
    2.9 位置传感器分辨率对加速度观测器的影响
    2.10 观测器计算频率对速度环性能的影响
    2.11 本章小结
第3章 低耦合刚度大惯量扫描镜系统控制器技术路线
    3.1 电机磁场定向控制理论
        3.1.1 A、B、C三相静止坐标系下数学模型
        3.1.2 α、β两相静止坐标系下的数学模型
        3.1.3 d、q两相旋转坐标系下的数学模型
    3.2 空间矢量脉宽调制驱动理论
    3.3 系统电流环设计
        3.3.1 算法设计
        3.3.2 仿真分析
    3.4 系统加速度环设计
        3.4.1 算法设计
        3.4.2 仿真分析
    3.5 系统速度环设计
        3.5.1 算法设计
        3.5.2 仿真分析
    3.6 系统位置环设计
        3.6.1 算法设计
        3.6.2 仿真分析
    3.7 本章小结
第4章 低耦合刚度大惯量扫描镜系统控制平台设计
    4.1 系统的控制架构设计
    4.2 硬件电路设计
        4.2.1 主控制器电路
        4.2.2 功率驱动电路
        4.2.3 电流反馈电路
        4.2.4 编码器位置反馈电路
        4.2.5 上位机接口电路
    4.3 软件程序设计
        4.3.1 DSP控制算法
        4.3.2 FPGA数据传输程序
        4.3.3 上位机终端设计
    4.4 本章小结
第5章 实验测试与结果分析
    5.1 电流控制测试与分析
    5.2 速度控制测试与分析
    5.3 位置控制测试与分析
    5.4 加速度观测器测试与分析
    5.5 系统频率特性测试与分析
    5.6 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 总结
        6.1.1 研究内容总结
        6.1.2 创新点总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(4)运动平台下光电跟踪系统的抗扰控制技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景以及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 影响惯性稳定控制精度概述
    1.4 本课题的研究难点
    1.5 本文的内容安排
第2章 运动平台下光电跟踪系统的稳定跟踪原理
    2.1 光电跟踪系统的工作原理
    2.2 稳定跟踪控制问题
        2.2.1 稳定和跟踪的关系
        2.2.2 稳定和跟踪的分离
    2.3 视轴稳定原理分析
        2.3.1 光电跟踪平台的坐标系
        2.3.2 视轴稳定的补偿方程
        2.3.3 惯性陀螺的安装方式
    2.4 复合轴控制系统
        2.4.1 复合轴控制原理
        2.4.2 复合轴系统的控制对象特性分析
        2.4.3 机架的电动力学模型
        2.4.4 复合轴惯性稳定控制面临的问题
    2.5 本章小结
第3章 基于扰动观测器的机架抗扰技术
    3.1 扰动观测器的基本原理
    3.2 基于H_∞原理的Q滤波器设计方法
        3.2.1 H_∞的基本原理
        3.2.2 DOB的灵敏度分析
        3.2.3 Q滤波器的鲁棒设计
        3.2.4 Q滤波器的求解
        3.2.5 仿真分析
    3.3 基于DOB的机架控制实验
    3.4 本章小结
第4章 基于虚拟速度环的三闭环控制技术
    4.1 多闭环控制的意义
    4.2 基于虚拟速度环的三闭环控制
        4.2.1 MEMS线加速度计的测量原理
        4.2.2 虚拟速度估计原理
        4.2.3 误差分析
    4.3 基于虚拟速度的三闭环控制实验
    4.4 本章小结
第5章 基于改进型Smith预估器的补偿技术
    5.1 闭环系统的延迟组成
    5.2 延迟对系统闭环带宽的影响
    5.3 Smith预估器的基本原理
    5.4 基于模型观测的补偿方法分析
    5.5 改进型的Smith预估器设计原理
    5.6 基于速度环的改进型Smith预估器设计
    5.7 实验验证
    5.8 本章小结
第6章 复合稳定平台结构及控制研究
    6.1 单级精密稳定平台
        6.1.1 被动隔离特性
        6.1.2 闭环回路中的动力学方程
    6.2 主动和被动稳定性能的冲突
    6.3 复合稳定平台模型
        6.3.1 被动隔离特性
        6.3.2 基于控制回路的次稳定平台的动力学方程
        6.3.3 基于控制回路的主稳定平台的动力学方程
        6.3.4 复合稳定平台的控制器设计
    6.4 实验验证
    6.5 本章小结
第7章 总结和展望
    7.1 论文的主要工作
    7.2 主要创新点
    7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果

(5)永磁交流伺服系统若干控制问题研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 永磁伺服抗扰动控制策略研究现状
        1.2.2 永磁伺服振动抑制研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 永磁交流伺服系统控制原理
    2.1 永磁交流伺服系统的构成
    2.2 永磁同步电机的数学模型
    2.3 永磁交流伺服矢量控制系统
        2.3.1 解耦控制与坐标变换的实现
        2.3.2 电流控制器的设计
        2.3.3 速度控制器的设计
        2.3.4 位置控制器的设计
    2.4 本章小结
第3章 永磁交流伺服系统电流环自抗扰控制器设计
    3.1 标准自抗扰控制器模型
    3.2 电流环自抗扰控制器设计
        3.2.1 线性扩张状态观测器
        3.2.2 状态误差反馈律设计
    3.3 电流环性能分析
        3.3.1 电流环动态性能分析
        3.3.2 电流环抗扰动性能分析
    3.4 本章小结
第4章 转速环复合PI控制器设计
    4.1 转速环PI控制器设计及分析
        4.1.1 引入前馈补偿的转速环PI控制器设计
        4.1.2 引入前馈补偿的转速环复合PI控制器性能分析
    4.2 抑制超调的方法
        4.2.1 输出微分负反馈
        4.2.2 IP控制器
        4.2.3 变结构PI控制器
    4.3 转速环复合PI控制器
        4.3.1 最优IP控制器
        4.3.2 变给定增益PI控制器
    4.4 本章小结
第5章 永磁交流伺服系统机械谐振抑制控制
    5.1 永磁交流伺服系统机械谐振分析
    5.2 谐振频率在线辨识
        5.2.1 快速傅里叶变换
        5.2.2 按时间抽选的基-2FFT算法
        5.2.3 按频率抽选的基-2FFT算法
    5.3 陷波滤波器设计
        5.3.1 陷波滤波器对系统性能的影响
        5.3.2 陷波滤波器参数确定方法
        5.3.3 陷波滤波器数字化实现
    5.4 本章小结
第6章 实验研究与验证
    6.1 实验平台介绍
    6.2 电流环控制算法实验验证
    6.3 转速环控制算法实验验证
        6.3.1 基于测功机恒负载转矩的转速环控制算法验证
        6.3.2 基于摆锤时变负载的转速环控制算法验证
    6.4 振动抑制控制算法实验验证
    6.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利
致谢

(6)柔性负载交流伺服系统的机械谐振抑制(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 谐振检测方法研究现状
        1.2.2 谐振抑制方法研究现状
    1.3 论文主要内容及章节安排
第二章 机械传动系统建模及谐振分析
    2.1 二质量机械传动系统建模
    2.2 谐振频率变化原因分析
        2.2.1 惯量比对谐振频率的影响
        2.2.2 传动刚度对谐振频率的影响
        2.2.3 粘滞阻尼系数对谐振频率的影响
    2.3 机械谐振对系统稳定性的影响
    2.4 本章小结
第三章 ANF频率检测算法
    3.1 系统谐振频率特征获取方法
        3.1.1 扫频法
        3.1.2 交轴电流分析法
    3.2 ANF频率检测算法基本原理
    3.3 ANF参数的影响
    3.4 仿真与分析
        3.4.1 单频率信号估计测试
        3.4.2 基于ANF的谐振频率检测
        3.4.3 ANF参数对检测结果的影响
    3.5 本章小结
第四章 改进型陷波滤波器
    4.1 陷波器基本原理
    4.2 基于陷波器的谐振抑制
    4.3 陷波器对系统的影响
    4.4 改进型陷波滤波器
    4.5 数字陷波器的实现
    4.6 仿真与分析
        4.6.1 PI控制器下的伺服谐振
        4.6.2 给定信号陷波测试
        4.6.3 基于改进型陷波器的谐振抑制
        4.6.4 系统性能分析对比
    4.7 本章小结
第五章 实验研究
    5.1 实验平台介绍
    5.2 实验测试内容
    5.3 实验与分析
        5.3.1 刚性系统和柔性系统谐振激发测试
        5.3.2 机械谐振频率偏移测试
        5.3.3 陷波器陷波深度对谐振抑制的影响
        5.3.4 基于ANF算法的谐振频率检测实验
        5.3.5 ANF参数对频率检测结果的影响
        5.3.6 改进型陷波滤波器抑制机械谐振实验
    5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

(7)永磁同步伺服系统谐振检测及抑制(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 机械谐振的国内外研究现状
        1.2.1 机械谐振的抑制方法
        1.2.2 谐振频率的检测方法
    1.3 本文主要研究内容
第二章 永磁同步伺服系统的建模及谐振分析
    2.1 永磁同步电机矢量控制基本架构
        2.1.1 永磁同步电机数学模型
        2.1.2 矢量控制基本架构
    2.2 滚珠丝杠弹性系统数学建模
    2.3 机械谐振分析
    2.4 本章小结
第三章 基于ANF的谐振频率检测方法
    3.1 ANF的算法原理及稳定性分析
        3.1.1 ANF的算法原理
        3.1.2 ANF算法的稳定性分析
    3.2 传统离散化方法下ANF算法的数字实现
        3.2.1 ANF算法的常规离散化处理
        3.2.2 传统离散化方法带来的问题
    3.3 改进型双线性变换下ANF算法的数字实现
        3.3.1 改进型双线性变换方法的原理
        3.3.2 仿真分析
    3.4 ANF算法在伺服系统谐振频率检测中的应用
        3.4.1 基于ANF的谐振频率检测方案设计
        3.4.2 仿真验证
    3.5 本章小结
第四章 基于陷波滤波器的谐振抑制策略
    4.1 陷波滤波器的原理与分析
        4.1.1 传统陷波滤波器
        4.1.2 改进型陷波滤波器
    4.2 基于陷波滤波器的谐振抑制方案设计
    4.3 仿真验证
    4.4 本章小结
第五章 永磁同步伺服系统谐振检测及抑制实验研究
    5.1 实验平台
        5.1.1 硬件平台
        5.1.2 软件部分
    5.2 实验测试内容
    5.3 实验结果及分析
        5.3.1 基于ANF的谐振频率检测实验
        5.3.2 基于陷波滤波器的谐振抑制实验
    5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢

(8)基于陷波器的永磁电机振荡抑制(论文提纲范文)

0 引 言
1 永磁电机控制振荡系统模型搭建
    1.1 交流永磁电机数学模型
    1.2 双惯量振荡系统数学模型
2 基于陷波器的共振抑制方法设计
    2.1 陷波器原理
    2.2 陷波器设计
    2.3 陷波器主要参数对陷波效果的影响探究
3 实验验证
4 结 语

(9)伺服系统机械谐振抑制方法的研究与实现(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 伺服系统简介
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本论文的主要研究内容
第2章 永磁同步电机伺服控制理论
    2.1 引言
    2.2 永磁同步电机数学模型
        2.2.1 永磁同步电机结构
        2.2.2 永磁同步电机的工作原理
        2.2.3 坐标变换(三个坐标与两个坐标变换)
        2.2.4 永磁同步电机的基本方程
    2.3 永磁同步电机矢量控制
    2.4 电压空间SVPWM原理
    2.5 本章小结
第3章 伺服系统机械谐振机理分析
    3.1 引言
    3.2 结构谐振基本原理
    3.3 双惯量系统模型分析
    3.4 谐振影响因素分析
        3.4.1 惯量比对谐振的影响
        3.4.2 刚度系数对谐振的影响
    3.5 本章总结
第4章 伺服系统谐振频率特征辨识
    4.1 引言
    4.2 频率特征获取方法
        4.2.1 直接测量法
        4.2.2 扫频法
        4.2.3 电流转速分析法
    4.3 谐振频率的在线检测与提取
        4.3.1 频谱分析算法FFT
        4.3.2 谐振频率提取算法的设计
    4.4 仿真验证
    4.5 本章小结
第5章 陷波滤波器的设计
    5.1 引言
    5.2 低通滤波抑振研究
    5.3 陷波滤波器
        5.3.1 陷波滤波器原理
        5.3.2 陷波滤波器模型分析
        5.3.3 陷波滤波器参数的确定方法
    5.4 数字滤波器
        5.4.1 数字滤波器的选择
        5.4.2 IIR陷波滤波器的设计
    5.5 基于FFT的自适应陷波滤波器
        5.5.1 总体结构设计
        5.5.2 仿真实验
    5.6 本章小结
第6章 基于自适应陷波滤波器谐振抑制的实现与验证
    6.1 引言
    6.2 伺服系统谐振抑制软件设计
        6.2.1 软件总体结构设计
        6.2.2 自适应陷波滤波器的算法实现
    6.3 伺服系统实验平台
        6.3.1 系统实验环境搭建
        6.3.2 伺服平台上验证分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(10)低压电网剩余电流暂态过程特征提取与识别方法研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 触电物理实验平台设计与触电实验
    1.4 本文主要研究内容及技术路线
第二章 剩余电流暂态信号的频谱特征与波形特性
    2.1 引言
    2.2 基于FFT的暂态剩余电流频谱特征分析
    2.3 基于数学形态学变换的剩余电流波形特性分析
    2.4 本章小结
第三章 剩余电流暂态分量的幅值与能量特征提取方法
    3.1 引言
    3.2 剩余电流统计特征提取方法
    3.3 基于FFT的剩余电流暂态分量幅值与能量特征提取方法
    3.4 剩余电流固有模态分量能量特征提取方法
    3.5 本章小结
第四章 基于剩余电流突变特征的触电故障时刻检测方法
    4.1 引言
    4.2 基于剩余电流相位突变特征的触电故障时刻检测方法
    4.3 基于剩余电流幅值突变特征的触电故障时刻检测方法
    4.4 基于电流相位与幅值突变特征的触电故障时刻组合检测方法
    4.5 本章小结
第五章 触电故障类型与触电支路电流分量识别方法
    5.1 引言
    5.2 基于小波变换和神经网络的触电故障类型识别方法
    5.3 应用有限冲激响应和径向基神经网络的触电支路电流分量识别方法
    5.4 触电故障类型与触电支路电流分量识别方法的优化设计
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 本文创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
附录
作者简历

四、抑制机械谐振的一种改进的数字滤波器(论文参考文献)

  • [1]二质量系统机械谐振抑制及控制方法研究[D]. 沙磊. 青岛大学, 2021
  • [2]宽频惯性基准谐振抑制陷波器参数优化方法[J]. 李醒飞,郑安琪,拓卫晓,周政. 天津大学学报(自然科学与工程技术版), 2021(08)
  • [3]高精度低耦合刚度大惯量扫描镜控制技术研究[D]. 闵溢龙. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(03)
  • [4]运动平台下光电跟踪系统的抗扰控制技术研究[D]. 任维. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2020(02)
  • [5]永磁交流伺服系统若干控制问题研究[D]. 吴嘉欣. 江苏科技大学, 2020(03)
  • [6]柔性负载交流伺服系统的机械谐振抑制[D]. 龚文全. 广东工业大学, 2020(06)
  • [7]永磁同步伺服系统谐振检测及抑制[D]. 罗炳章. 广东工业大学, 2020(02)
  • [8]基于陷波器的永磁电机振荡抑制[J]. 毕京斌,贾智军,孔宴伟,夏猛. 微电机, 2020(01)
  • [9]伺服系统机械谐振抑制方法的研究与实现[D]. 王昱忠. 中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所), 2018(01)
  • [10]低压电网剩余电流暂态过程特征提取与识别方法研究[D]. 关海鸥. 中国农业大学, 2014

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一种用于抑制机械共振的改进型数字滤波器
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