运动过程中液体晃动自适应抑制关键技术研究

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开放贮液容器中液体的晃动不仅会对系统的稳定性造成影响,还会严重影响系统响应的精确性、工作效率以及生产现场的安全性等。现有的大量研究表明,液体晃动抑制需利用液体的状态信息进行反馈控制或利用输入整形技术、命令光滑器等对输入信号进行整形抑制液体的晃动,但是液体状态信息的测量十分困难,输入整形技术或命令光滑器等会延长系统的响应时间,不易于应用到底层闭环控制。所以,研究快速响应和不需要液体状态信息反馈的液体晃动抑制方法具有非常重要的理论研究意义和实际应用价值。本文主要从建立液体晃动等效动力学模型出发,研究运动过程中液体晃动自适应抑制关键技术,具体在以下三个方面展开研究工作。研究基于输入整形和内模敏感分量的液体晃动抑制多目标优化控制方法。对于实际应用中液体状态信息不可测的情况,提出内模敏感分量的数学定义,并与基于输入整形技术的液体晃动抑制方法进行对比,能够快速、准确实现运动过程中液体的晃动抑制。研究基于支持向量机回归预测的液体晃动抑制模型参考自适应控制方法。对于系统中存在的大量不确定性,开创性的在液体晃动抑制中应用模型参考自适应控制方法,并利用支持向量机回归预测自适应律参数,实现对参数未知系统的液体晃动抑制。研究构建基于EtherCAT的伺服系统实验平台并进行液体晃动抑制算法的实验验证。突破现有控制器的限制,实现上位机对伺服设备底层位置环、速度环和力矩环的闭环直驱控制且达到1ms的稳定通信周期。开发运载平台和液面检测系统,基于EtherCAT伺服系统实验平台对本文提出的液体晃动抑制算法进行实验验证。通过以上研究,本文提出一种液体运动过程中液面晃动自适应抑制技术,基于液体晃动等效力学模型,实现液体运动快速响应和液面晃动模型参考自适应抑制控制;借助EtherCAT技术构建伺服控制系统与实验平台,通过结合仿真模拟与实验,验证所提出控制方法和技术的有效性、稳定性和先进性。
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