發(fā)布時間：2020-05-22 03:32

【摘要】：高精密數(shù)控加工設(shè)備一直以來就是各個國家重點研究和發(fā)展的戰(zhàn)略目標,其中對于直線電機輪廓跟蹤控制算法的研究又一個比較重要的環(huán)節(jié)。針對目前設(shè)計的輪廓跟蹤算法控制性能一般,控制器設(shè)計復雜的問題,提出基于變增益交叉耦合滑模控制的設(shè)計方法,主要包含以下幾個部分:本文首先結(jié)合實驗平臺,對實驗平臺XY軸進行物理模型以及運動學模型的建立。通過分析直線電機與旋轉(zhuǎn)電機結(jié)構(gòu)的差別,類比與交流永磁旋轉(zhuǎn)伺服電機對電機物理模型的建立過程來建立直線電機物理模型。其次對直線電機進行受力分析,運用牛頓第二定律建立直線電機的運動學模型,最后通過化簡分析得到直線電機時域模型以及頻域模型的表達式。其次,本論文分析了常規(guī)輪廓跟蹤算法的形成機理,并針對直線電機平臺進行了特例分析。通過分析設(shè)計得出直線輪廓、標準圓弧輪廓、任意曲線輪廓跟蹤的數(shù)學表達式。通過數(shù)學表達式,分析了影響系統(tǒng)輪廓跟蹤控制的控制精度主要的影響因素。此外針對系統(tǒng)輪廓跟蹤誤差,分析了系統(tǒng)單軸以及多軸跟蹤的常用方法,找到合適的控制算法。對于直線電機輪廓控制算法設(shè)計,對于提高單軸系統(tǒng)的跟蹤精度以及增加系統(tǒng)對非線性因素干擾的抑制,決定采取滑模變結(jié)構(gòu)控制。從滑模變結(jié)構(gòu)控制原理出發(fā),分析了滑模變結(jié)構(gòu)控制在對系統(tǒng)跟蹤性能有很大提高,此外通過一些列方法解決其控制過程中帶來的抖振問題,最后對于系統(tǒng)的非線性干擾以及系統(tǒng)多軸聯(lián)合控制不協(xié)調(diào)的問題,分別采取滑模干擾觀測器以及變增益交叉耦合控制的方式來解決。最后文章對系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)控制算法進行系統(tǒng)仿真以及實驗驗證。通過對系統(tǒng)進行實驗仿真驗證,對比于傳統(tǒng)PID控制,可以看出系統(tǒng)采取滑模變結(jié)構(gòu)控制對直線電機控制性能有很大的提高。最后在XY直線電機平臺上進行控制算法實際編寫測試,進一步驗證了設(shè)計的變增益交叉耦合滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的有效性。
【圖文】：

控制與系統(tǒng)研究所的自研項目，實驗平臺為 XY 直線精密數(shù)控加工設(shè)備的研發(fā)，最早要追溯到上世紀七八家為了加工高精度光學反射鏡子等精密光學設(shè)備而研工，超高精度的特殊加工[1]（如離子束、電火花、激光 21 世紀以來，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，，同時也帶動步與發(fā)展（如計算機技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)、新制造、電子精密儀器制造、醫(yī)療技術(shù)、航空航天等現(xiàn)快、更精的要求越來越高。制和高精度加工領(lǐng)域，直線電機具有速度快、精度高[1,2]，且少了永磁伺服電機電機內(nèi)部磁場間隙、傳動軸方式，使死區(qū)、摩擦等其他非線性因素大大減小。因度的工業(yè)制造領(lǐng)域得到很好的應用,其中直線電機平

怪苯郵涑齙模囗虼絲梢院芎玫目刂葡低車氖涑雋�。�?1.3 全閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.2.2 直線電機發(fā)展歷程最早的直線電機理論由 Wheatstone（惠斯登）在 1840 年提出并制作了第一代原型機[2]。經(jīng)過 178 年的發(fā)展，直線電機已經(jīng)從最初實驗探索，經(jīng)過大量學者的研究過渡到實際開發(fā)應用，最后發(fā)展到大規(guī)模商業(yè)實際批量應用階段，在此期間，直線電機的發(fā)展經(jīng)歷了艱難的階段，但還是有一定的研究成果。（1）實驗探索階段（1840-1955）從 Wheatstone 提出直線電機直線電機的想法 50 年以后，美國匹茲堡市市長提出應用于織布機上的直線電機專利[2]，因而引起不少學者的興趣，但是受限與當時工業(yè)發(fā)展的水平，在直線電機材料以及制作等方面都不能滿足要求，因此直線電機持續(xù)很長一段時間并沒有得到應用，只停留在很多研究者的論文中。隨著時間
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM359.4;TP273

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2675369