基于電磁直線執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究.pdf

1、電磁直線執(zhí)行器將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，能顯著提升直線運(yùn)動(dòng)性能，近年來在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電磁直線執(zhí)行器及其運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是直接驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，本文圍繞一類應(yīng)用軸向充磁永磁體的動(dòng)圈式新型電磁直線執(zhí)行器及其運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)展開了一系列研究。
　　 研制并分析了新型電磁直線執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點(diǎn)，建立了電磁直線執(zhí)行器的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建了基于Matlab/Simulink的系

2、統(tǒng)仿真模型，研制了基于數(shù)字信號(hào)處理器的電磁直線執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
　　 為解決新型電磁直線執(zhí)行器所特有的換相推力波動(dòng)問題，提出了基于預(yù)測(cè)電流控制的換相推力波動(dòng)抑制技術(shù)。分析了換相推力波動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理及條件，剖析了預(yù)測(cè)電流控制的工作原理，分別給出了電磁直線執(zhí)行器處于高、低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的換相推力波動(dòng)抑制策略。與現(xiàn)有的無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制技術(shù)相比，所提方法具有系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單、精

3、度高、易于實(shí)現(xiàn)和適用于全數(shù)字控制系統(tǒng)等特點(diǎn)，有效地減小了換相推力波動(dòng)，有利于新型電磁直線執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)高性能的直線運(yùn)動(dòng)。
　　 高精度軌跡跟蹤是電磁直線執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)控制的重要任務(wù)之一，為此開發(fā)出了基于改進(jìn)型自抗擾控制器的高精度軌跡跟蹤運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。利用參考加速度作為前饋控制量對(duì)常規(guī)自抗擾控制器加以改進(jìn)，分別考察了改進(jìn)型自抗擾控制器的正弦軌跡跟蹤能力、不同目標(biāo)值的點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤能力、系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)抑制能力以及外部擾動(dòng)抑制能力等，并與加

4、入了前饋控制的比例-積分-微分控制器、常規(guī)自抗擾控制器進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果表明，提出的改進(jìn)型自抗擾控制器不但保留了常規(guī)自抗擾控制器優(yōu)良的擾動(dòng)抑制能力，還有效地提高了其軌跡跟蹤精度，為高精度軌跡跟蹤控制問題提供了一個(gè)新的解決方案。
　　 針對(duì)電磁直線執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)控制的另一項(xiàng)重要任務(wù)——高速運(yùn)動(dòng)下的高精度定位，提出了基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的時(shí)間最優(yōu)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。將雙積分系統(tǒng)的時(shí)間最優(yōu)控制與擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器相結(jié)合，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了電

5、磁直線執(zhí)行器的高速高精度點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，利用李雅普諾夫第二法分析了該控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用特殊的非線性函數(shù)對(duì)時(shí)間最優(yōu)控制的抖振現(xiàn)象進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，目標(biāo)位置為8mm、最大速度為1m/s時(shí)的定位誤差為2μm;目標(biāo)位置為32mm、最大速度為1.6m/s時(shí)的定位誤差為3μm;現(xiàn)有條件下達(dá)到的最大速度為3.1m/s。
　　 最后對(duì)新型電磁直線執(zhí)行器的一類典型應(yīng)用——六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。構(gòu)建了基于dSPACE的