【摘要】：和傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機相比較,直線電機由于沒有中間傳動裝置的特點,使得其具有結(jié)構(gòu)簡單、摩擦小、靈敏度高、精度高、速度大小不受到限制等獨特的優(yōu)勢。近年來伴隨著直線電機制造水平和相關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展,直線電機已被廣泛地應用于軍事武器、工業(yè)生產(chǎn)以及生活用品的各個領(lǐng)域,例如磁懸浮列車、高速高精加工、芯片和集成電路制造、高精密儀器等。隨著制造業(yè)日益朝著高速化、精密化趨勢的發(fā)展,將來直線電機在生產(chǎn)制造以及日常生活中的應用必然會更加廣泛。因此,研究直線電機結(jié)構(gòu)原理和直線電機運動控制技術(shù)就顯得十分有意義。PID控制技術(shù)是一種具有悠久歷史的控制技術(shù),憑借操作簡單、易實現(xiàn)等優(yōu)點,現(xiàn)已成為當今工業(yè)控制中應用最為普遍也最為成熟的控制方法。眾所周知,PID控制器中含有三個需要調(diào)節(jié)的控制參數(shù)(比例、積分、微分系數(shù)),實際生產(chǎn)使用中若想得到滿意的控制效果就必須對PID控制器的這三個參數(shù)進行調(diào)節(jié)。目前實際生產(chǎn)中PID參數(shù)的整定方法大部分為手工整定、基于經(jīng)驗或者基于整定公式算法的整定方法。然而,由于實際的工業(yè)控制過程往往是多樣化、非線性和瞬變性的,這些方法整定的PID參數(shù)系統(tǒng)控制效果往往不能滿足要求,尤其對于速度和精度要求都較高的直線電機系統(tǒng)PID控制器整定的效果更是差強人意。本文在建立了直線電機的數(shù)學模型基礎之上,分析了各種PID控制器參數(shù)的整定方法,針對實驗永磁直線電機的模型和直線電機系統(tǒng)本身的特點,設計了直線電機的PID控制器,提出利用果蠅優(yōu)化算法優(yōu)化直線電機BP神經(jīng)網(wǎng)絡的權(quán)值矩陣來實現(xiàn)PID參數(shù)的自整定,對實驗直線電機建立Matlab/Simulink模型,進行仿真,并將其和傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制參數(shù)自整定的控制結(jié)果進行比較。傳統(tǒng)的直線電機伺服系統(tǒng)通常采用PID位置跟蹤反饋控制的方式,但是隨著對控制精度的要求不斷提高,一般的PID控制由于控制精度的限制、負載擾動等因素的影響,控制效果往往不能達到預期效果。本文針對這種情況提出了自適應“速度+加速度”前饋補償?shù)膹秃锨梆丳ID控制策略,即保留了原有PID控制的特性又能充分利用速度前饋和加速度前饋控制的優(yōu)點,使直線電機能夠更好地應用于高速、高精的運動控制中。最后,利用MATLAB/Simulink對實驗系統(tǒng)的直線電機建立了帶有“速度+加速度”自適應復合前饋的模型,并對直線電機模型的升降速曲線控制效果進行仿真。利用計算機控制的直線電機實驗系統(tǒng)進行大量實驗,驗證了結(jié)論的正確性,實現(xiàn)了直線電機系統(tǒng)的復合智能控制。
[Abstract]:Compared with the traditional rotary motor, the linear motor has the advantages of simple structure, small friction, high sensitivity, high precision and no limitation of speed because it has no intermediate transmission. In recent years, with the development of linear motor manufacturing level and related control technology, linear motor has been widely used in military weapons, industrial production and daily necessities, such as maglev train, high-speed and high-precision processing. Chip and integrated circuit manufacturing, high-precision instruments, etc. With the development of manufacturing industry towards high speed and precision, the application of linear motor in production and daily life will be more and more extensive in the future. Therefore, it is of great significance to study the principle of linear motor structure and the motion control technology of linear motor. PID control technology is a control technology with a long history, with the advantages of simple operation and easy realization, etc. Nowadays, it has become the most common and mature control method in industrial control. As we all know, there are three control parameters (proportion, integral, differential coefficient) in PID controller. In order to obtain satisfactory control effect, the three parameters of PID controller must be adjusted. At present, most of the tuning methods of PID parameters in actual production are manual setting, based on experience or based on tuning formula algorithm. However, because the actual industrial control process is often diversified, nonlinear and transient, the control effect of the PID parameter system adjusted by these methods is often unable to meet the requirements. Especially for linear motor system with high speed and precision, the effect of PID controller tuning is not satisfactory. On the basis of establishing the mathematical model of linear motor, this paper analyzes the setting methods of various parameters of PID controller. According to the model of experimental permanent magnet linear motor and the characteristics of linear motor system, the PID controller of linear motor is designed. The weight matrix of BP neural network of linear motor is optimized by Drosophila optimization algorithm to realize the self-tuning of PID parameters. The Matlab/Simulink model of experimental linear motor is established and simulated. It is compared with the traditional BP neural network PID control parameters self-tuning control results. The traditional linear motor servo system usually adopts the PID position tracking feedback control method, but with the continuous improvement of the control precision, the general PID control is affected by the control precision limitation, load disturbance and other factors. Control effects often fail to achieve the desired results. In this paper, a compound feedforward PID control strategy based on adaptive "velocity acceleration" feedforward compensation is proposed, which preserves the characteristics of the original PID control and makes full use of the advantages of the speed feedforward control and the acceleration feedforward control. The linear motor can be better used in high speed and high precision motion control. Finally, the model of linear motor with "velocity acceleration" adaptive compound feedforward is established by using MATLAB/Simulink, and the control effect of the ascending and descending curve of linear motor model is simulated. A large number of experiments are carried out by using the computer controlled linear motor experimental system, which verifies the correctness of the conclusion and realizes the compound intelligent control of the linear motor system.
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM359.4;TP273.5

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本文編號：2390237