【摘要】：隨著產(chǎn)品的多樣化以及控制精度、響應速度等要求的不斷提高,同時機械凸輪機構存在制造困難、磨損大、精度低且缺乏柔性等問題,利用控制系統(tǒng)實現(xiàn)傳統(tǒng)機械凸輪機構運動功能的電子凸輪將會得到重視與發(fā)展。本文研究的電子凸輪是基于自行研制的電磁直線執(zhí)行器,通過對給定理想軌跡進行跟蹤,從而實現(xiàn)從動件所需的運動規(guī)律,以取代傳統(tǒng)的機械凸輪。論文的主要工作內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)電子凸輪往復直線運動規(guī)律曲線的設計與研究。將傳統(tǒng)機械凸輪機構中運動曲線以"位移-轉(zhuǎn)角"形式推導轉(zhuǎn)換為"位移-時間",根據(jù)無量綱化的定義,設計運動規(guī)律曲線的無量綱化表達式,從而為電子凸輪后面的軌跡跟蹤提供前提保障。(2)電子凸輪機構數(shù)學模型的建立以及實驗系統(tǒng)的設計。首先通過對電子凸輪機構進行動力學分析,同時將其拆分為電路、磁路以及機械三個子系統(tǒng)分別進行數(shù)學建模研究,然后建立電子凸輪的數(shù)學模型和系統(tǒng)仿真模型,最后對電子凸輪控制系統(tǒng)進行設計,構建相應的實驗平臺。(3)研究迭代學習控制算法并將其應用于電子凸輪控制系統(tǒng)。利用迭代學習控制算法中對重復軌跡跟蹤精度高、穩(wěn)定性好的特點,將其應用于電子凸輪控制器中,并進行仿真與實驗驗證,結(jié)果表明其實際跟蹤效果較差,魯棒性能有待進一步提高。(4)提出模糊滑模迭代控制算法并將其應用于電子凸輪控制系統(tǒng)。針對迭代控制器所存在的魯棒性差問題,研究迭代控制與其他先進控制技術相結(jié)合的智能算法。提出了一種在迭代控制基礎上疊加滑模變結(jié)構控制與模糊控制的算法,從而有效改善迭代控制中魯棒性差的缺陷以及滑模變結(jié)構中出現(xiàn)的抖振現(xiàn)象。通過仿真與實驗表明,模糊滑模迭代控制具有跟蹤精度高、響應速度快、收斂速度快、魯棒性能強的優(yōu)勢。(5)通過實際實驗驗證表明,基于自行研制的電磁直線執(zhí)行器,應用模糊滑模迭代控制算法的電子凸輪能夠?qū)χ芷趦H為5ms,行程為±3mm的正弦軌跡進行精準跟蹤,其跟蹤精度可達到總行程的1%以內(nèi),從而驗證電子凸輪具有取代傳統(tǒng)機械凸輪的可行性。
[Abstract]:With the diversification of products and the continuous improvement of control precision and response speed, the mechanical cam mechanism has some problems such as difficult manufacturing, large wear and tear, low precision and lack of flexibility, and so on. The electronic cam which realizes the movement function of the traditional mechanical cam mechanism by using the control system will be paid more attention and developed. The electronic cam studied in this paper is based on the self-developed electromagnetic linear actuator. By tracking a given ideal track, the motion rule of the follower can be realized, so as to replace the traditional mechanical cam. The main contents of this paper include the following aspects: (1) the design and research of the reciprocating linear motion curve of electronic cam. The motion curve of the traditional mechanical cam mechanism is deduced and transformed into "displacement-time" in the form of "displacement-rotation angle". According to the dimensionless definition, the dimensionless expression of the curve of motion law is designed. (2) the establishment of the mathematical model of the electronic cam mechanism and the design of the experimental system. Firstly, the dynamic analysis of the electronic cam mechanism is carried out. At the same time, the electronic cam mechanism is divided into three subsystems: circuit, magnetic circuit and machinery. Then, the mathematical model and the system simulation model of the electronic cam are established. Finally, the electronic cam control system is designed and the corresponding experimental platform is constructed. (3) the iterative learning control algorithm is studied and applied to the electronic cam control system. The iterative learning control algorithm is applied to the electronic cam controller because of its high tracking accuracy and good stability. The simulation and experimental results show that the tracking effect of the iterative learning control algorithm is worse than that of the electronic cam controller, and the results show that the iterative learning control algorithm has the advantages of high tracking accuracy and good stability. The robust performance needs to be further improved. (4) Fuzzy sliding mode iterative control algorithm is proposed and applied to electronic cam control system. In order to solve the problem of poor robustness of iterative controller, an intelligent algorithm combining iterative control with other advanced control techniques is studied. In this paper, an iterative control algorithm based on sliding mode variable structure control and fuzzy control is proposed, which effectively improves the defect of poor robustness in iterative control and buffeting phenomenon in sliding mode variable structure. The simulation and experiment show that the fuzzy sliding mode iterative control has the advantages of high tracking precision, fast response speed, fast convergence speed and strong robust performance. (5) the experimental results show that based on the self-developed electromagnetic linear actuator, the fuzzy sliding mode iterative control has the advantages of high tracking accuracy, fast response speed, fast convergence speed and strong robust performance. The electronic cam with fuzzy sliding mode iterative control algorithm can accurately track the sinusoidal trajectory with a period of only 5 Ms and a stroke of 鹵3mm, and the tracking accuracy can be less than 1% of the total stroke. Thus the feasibility of replacing the traditional mechanical cam with electronic cam is verified.
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH132.47

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本文編號：2458626