本文關(guān)鍵詞：基于交叉耦合算法的雙直線電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),直線電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高、且無(wú)中間傳動(dòng)裝置,所以在各種高精密加工場(chǎng)所的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在加工零件的過(guò)程中,很多時(shí)候都需要多臺(tái)電機(jī)的協(xié)同配合才能完成,同時(shí)多直線電機(jī)的協(xié)同運(yùn)行也提高了工業(yè)加工的效率,因此,越來(lái)越多的人著手于多直線電機(jī)協(xié)同控制問(wèn)題的研究。但是,直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較特殊,無(wú)中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu),外部擾動(dòng)直接作用在了直線電機(jī)的動(dòng)子上,且多個(gè)電機(jī)之間存在著耦合關(guān)系,影響了同步控制的效果,降低了產(chǎn)品的加工質(zhì)量和制作精度。所以改善多直線電機(jī)協(xié)同控制伺服系統(tǒng)的性能,減小多直線電機(jī)的同步控制誤差具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文的主要研究對(duì)象是具有H型結(jié)構(gòu)(如激光雕刻機(jī)、龍門(mén)移動(dòng)式鏜銑床)的雙永磁同步直線電機(jī)(PMSLM)協(xié)同控制系統(tǒng),文章首先闡述了雙直線電機(jī)同步控制所存在的問(wèn)題,然后提出了解決這些問(wèn)題所采用的方法。目前,提高雙PMSLM同步控制精度以及速度的辦法很多,一般包括以下幾個(gè)方面：優(yōu)化PMSLM的結(jié)構(gòu)參數(shù)、研制新型的永磁材料、改善已有的控制算法或者研究新型的控制算法等。本文主要從控制算法上進(jìn)行了研究和改進(jìn)。雙PMSLM同步控制存在的問(wèn)題主要有兩個(gè)：一、如何實(shí)現(xiàn)單直線電機(jī)的跟隨性能以及抗擾動(dòng)性能同時(shí)最優(yōu)；二、如何實(shí)現(xiàn)雙PMSLM位置及速度的同步控制。首先,單PMSLM伺服控制系統(tǒng)性能的好壞直接決定著多PMSLM的位置同步精度,但是傳統(tǒng)的PID控制算法不能兼顧系統(tǒng)跟隨性能和抗干擾性能,所以本文采用了二自由度PID控制算法,并羅列了2DOF PID控制器的幾種典型結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵O(shè)定值前饋型2DOF PID控制算法的參數(shù)較少,實(shí)現(xiàn)較為容易,所以本文采用了此種控制算法。同時(shí)結(jié)合了具有學(xué)習(xí)能力以及在線整定能力的模糊控制算法,設(shè)計(jì)了一種設(shè)定值前饋型Fuzzy 2DOF PID控制器,應(yīng)用在直線電機(jī)的位置環(huán)中,不僅實(shí)現(xiàn)了PID參數(shù)的在線整定功能,而且使得電機(jī)的跟隨性能和抗干擾性能均達(dá)到最優(yōu)。隨后在Matlab環(huán)境下將基于該算法的矢量控制模型和基于傳統(tǒng)PID控制算法的矢量控制模型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比,結(jié)果驗(yàn)證了此算法的魯棒性較強(qiáng),且其跟隨性和抗干擾能力也很好,滿足設(shè)計(jì)要求。其次,通過(guò)分析可知,相比于并聯(lián)式同步控制、主從式同步控制及虛擬主軸等幾種控制算法,交叉耦合控制算法在雙直線電機(jī)同步控制上具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和調(diào)節(jié)能力,因此本文設(shè)計(jì)了一種新型的交叉耦合控制器,將兩PMSLM的速度誤差和位置誤差作為交叉耦合控制器的輸入信號(hào),經(jīng)過(guò)交叉耦合控制器處理后的輸出信號(hào)再補(bǔ)償給兩PMSLM的位置給定,最終實(shí)現(xiàn)兩PMSLM速度和位置的絕對(duì)同步。然后進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,從仿真曲線可以看出此控制算法下的兩直線電機(jī)的速度誤差以及位置誤差都很小,系統(tǒng)的同步控制性能也有了很大的提高。最后,以AD5435半實(shí)物仿真機(jī)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)了雙永磁同步直線電機(jī)的軟、硬件控制系統(tǒng),然后將雙PMSLM同步控制算法移植到該系統(tǒng)之中,對(duì)其實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該伺服控制系統(tǒng)的跟隨性能好,魯棒性強(qiáng),即使某一臺(tái)電機(jī)受到擾動(dòng),系統(tǒng)也能在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)(也即兩PMSLM的位置同步狀態(tài))。
【關(guān)鍵詞】：雙永磁同步直線電機(jī) 設(shè)定值前饋型二自由度PID 模糊控制 交叉耦合算法 半實(shí)物仿真技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM359.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 課題的背景和研究意義13-14
• 1.2 雙永磁同步直線電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的介紹14-18
• 1.2.1 雙PMSLM伺服控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀15
• 1.2.2 雙PMSLM控制算法的介紹15-18
• 1.2.3 雙PMSLM伺服控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題及解決方案18
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 永磁同步直線電機(jī)單軸伺服系統(tǒng)二自由度控制研究20-33
• 2.1 常規(guī)的PID控制分析20-27
• 2.1.1 PMSLM的結(jié)構(gòu)及工作原理20-22
• 2.1.2 PMSLM在d-q坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型22-25
• 2.1.3 PMSLM的控制策略分析25-27
• 2.2 二自由度PID控制器的研究27-31
• 2.2.1 二自由度PID控制器的原理分析27-29
• 2.2.2 二自由度控制器的結(jié)構(gòu)分析29-30
• 2.2.3 設(shè)定值前饋型二自由度PID控制器的設(shè)計(jì)30-31
• 2.3 基于設(shè)定值前饋型2DOF PID控制器的仿真控制模型31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 基于模糊二自由度PID算法的單PSMLM控制系統(tǒng)研究33-45
• 3.1 模糊控制算法的原理33-41
• 3.1.1 模糊控制算法的優(yōu)缺點(diǎn)34
• 3.1.2 模糊PID控制器典型結(jié)構(gòu)的介紹34-36
• 3.1.3 模糊控制算法的規(guī)則設(shè)計(jì)36-41
• 3.2 設(shè)定值前饋型模糊二自由度PID控制器的設(shè)計(jì)41-43
• 3.2.1 設(shè)定制前饋性模糊二自由度PID控制器的仿真模型41-42
• 3.2.2 設(shè)定值前饋型模糊二自由度PID控制器的性能分析42-43
• 3.3 仿真控制研究43-44
• 3.3.1 單PMSLM控制系統(tǒng)仿真模型43-44
• 3.3.2 基于模糊二自由度PID與傳統(tǒng)PID的單PMSLM控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于交叉耦合算法的雙直線電機(jī)同步控制研究45-54
• 4.1 雙直線電機(jī)同步控制類(lèi)型分析45-48
• 4.2 基于交叉耦合的雙PMSLM同步控制器的設(shè)計(jì)48-51
• 4.2.1 雙PMSLM不同步因素分析及解決方式48-49
• 4.2.2 雙PMSLM伺服系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分析49-50
• 4.2.3 改進(jìn)的交叉耦合控制器的設(shè)計(jì)50-51
• 4.3 仿真控制研究51-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 基于交叉耦合算法的雙PMSLM同步控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析54-60
• 5.1 半實(shí)物仿真技術(shù)介紹54-55
• 5.2 基于半實(shí)物仿真平臺(tái)的雙直線電機(jī)同步控制系統(tǒng)搭建55-56
• 5.3 實(shí)驗(yàn)研究56-59
• 5.3.1 單軸伺服系統(tǒng)的性能測(cè)試56-57
• 5.3.2 雙PMSLM交叉耦合式模糊PID與常規(guī)并聯(lián)式協(xié)同控制的對(duì)比57-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-61
• 6.1 本文工作總結(jié)60
• 6.2 未來(lái)工作展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 致謝66-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文67

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于交叉耦合算法的雙直線電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：316142