兩軸高速直驅(qū)伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制策略與實(shí)驗(yàn)平臺(tái).pdf

1、高速加工使得傳統(tǒng)機(jī)床行業(yè)出現(xiàn)了一次變革，原有的機(jī)床結(jié)構(gòu)、主軸系統(tǒng)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)以及加工工藝等都隨之發(fā)生巨大變化，在這些變化中以伺服進(jìn)給系統(tǒng)最為突出。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式以其高速、高效、高精的特點(diǎn)被普遍認(rèn)為是高速伺服進(jìn)給系統(tǒng)的最佳選擇。但是直線電機(jī)本身存在的端部效應(yīng)和磁路開斷現(xiàn)象使得其推力存在波動(dòng)，同時(shí)，直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于缺少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的緩沖作用，使得外界擾動(dòng)信號(hào)的作用效果直接而明顯，導(dǎo)致直線電機(jī)伺服系統(tǒng)控制困難。因此，

2、研究直線電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制策略具有重要的理論意義及工程實(shí)用價(jià)值。本文以兩軸高速直驅(qū)伺服進(jìn)給系統(tǒng)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)并搭建了永磁直線同步電機(jī)伺服進(jìn)給實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并以此為基礎(chǔ)開展相應(yīng)的控制理論與方法研究，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。全文主要工作及成果如下：
　　在系統(tǒng)分析永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理的基礎(chǔ)上，運(yùn)用坐標(biāo)變換法建立了同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，并基于此構(gòu)建了兩軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型。
　　滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)與魯棒性控制方法。在系統(tǒng)歸納

3、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)滑?？刂破鞯墓ぷ髟砑敖M成結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用極點(diǎn)配置技術(shù)，系統(tǒng)研究了滑?？刂破鞯那袚Q面和趨近律，采用不連續(xù)控制策略，基于兩軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了滑模變結(jié)構(gòu)位置控制器；針對(duì)伺服控制系統(tǒng)存在的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不確定性及外部擾動(dòng)等問題，提出控制信號(hào)修正方法，通過增加補(bǔ)償信號(hào)來應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不確定及輸入信號(hào)的未知擾動(dòng)。通過卡爾曼濾波有效抑制系統(tǒng)抖振；基于Matlab/Simulink進(jìn)行了系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文開發(fā)的

4、滑模變結(jié)構(gòu)控制器在直線電機(jī)伺服系統(tǒng)控制方面的有效性和魯棒性。
　　伺服進(jìn)給系統(tǒng)自抗擾控制器設(shè)計(jì)與控制器參數(shù)整定。在系統(tǒng)分析自抗擾控制器的原理及結(jié)構(gòu)組成基礎(chǔ)上，將“基于誤差消除誤差”的策略用現(xiàn)代控制思想加以改進(jìn)，針對(duì)兩軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)，設(shè)計(jì)面向直線電機(jī)未知擾動(dòng)的自抗擾控制器，采用試湊法對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行了整定，通過仿真手段測(cè)試并驗(yàn)證了控制器的控制能力。
　　基于永磁直線同步電機(jī)的伺服進(jìn)給實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。運(yùn)用高性能雙邊型永磁直線同步電機(jī)、

5、高精度光柵尺、PMAC運(yùn)動(dòng)控制器、PLC控制系統(tǒng)、可控液壓加載系統(tǒng)/可控電磁加載系統(tǒng)等為主要設(shè)備的兩軸定位與加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在上位控制層面，基于LabVIEW/G語言開發(fā)了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總控模塊；在運(yùn)動(dòng)控制層面，基于PMAC/PEWIN開發(fā)了2軸運(yùn)動(dòng)控制程序；在加載控制層面，開發(fā)了針對(duì)直線與圓周加載系統(tǒng)軟件模塊；上述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除通常意義的伺服進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)外，可完成控制策略的切換以及多種形式的變載荷加載實(shí)驗(yàn)。
　　單軸電機(jī)特性、控制策略與綜合