题目：跟踪直流伺服系统设计与分析

捕获、跟踪和对准（ATP）是天文望眼镜、卫星通讯系统、光电监视系统和雷达跟踪系统中的对准系统的固有的基本功能。ATP系统除了机械构成外，还包括复杂的运动控制系统，采用诸如伺服电机、放大器和控制器等电器元件驱动万向节机械装置自动地跟踪目标和对准瞄准线。 本文提出了跟踪系统中运动控制的一些基本特征和工作方式。为此，在位置跟踪中，系统地讨论了伺服系统设计，包括诸如转矩公式和抗噪声。首先提出了系统组成的选择和数学模型，其中特别强调了电机的选择原则。然后给出了采用不同控制环路时的系统数学模型。用数学和图形分析和设计了控制环，从而可以确定系统的稳定性、精度和抗噪声能力。在设计阶段需要特别地考虑：位置误差、上升时间、加减速时间、分辨率、刚度、噪声或振动补偿平衡等，通过精心的调整这些，才能实现合适的伺服控制环。 讨论了最常见的电流型伺服三环的结合，加速度型和电流型用转矩观测器实现。加速度型伺服系统是具有很好的抗噪声干扰和加速度可控响应伺服的新型式，但是这种型式缺少对功率转换器的保护。基于转矩观测器的电流型控制是可以抑制噪声的前馈控制，这种前馈控制可以具有很好的电流型控制对功率转换器的保护特征，同时使得抗噪声能力大大提高。 不管电机是否静止，重力矩都是电机的附加额外负荷，这样摩擦就会增加系统的死区和影响系统的分辨率。通过满足对象行为的必要假设的简单模型，通过相对简易线性或非线性控制器的特别调整，可以开发出传统控制器。设计的第二部分，模糊控制应用于带有非线性影响的近似系统模型。模糊控制和传统PD控制具有同阶的稳定时间，但是模糊控制系统的超调量为2%、而PD控制超调量为21%。在实际的物理系统中，饱和是非常实际的非线性约束。另外，PWM功率转换器在驱动中总是呈现非线性功能。滑模控制技术中的滑面状态切换证明有非常细小的阶梯响应，另外具有使系统中诸如惯量和感应系数等参数变化的响应无效化。当系统在滑模面上时，参数小的变化是无效的。延续PWM开关功能，滑模产生的噪声在伺服系统中不太重要。本文研究的非线性包括重力不匹配转矩、静电和库仑摩擦、风负荷、系统惯性和电机电感的参数变化。