【摘要】：高精密數(shù)控加工設(shè)備一直以來就是各個(gè)國家重點(diǎn)研究和發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo),其中對(duì)于直線電機(jī)輪廓跟蹤控制算法的研究又一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。針對(duì)目前設(shè)計(jì)的輪廓跟蹤算法控制性能一般,控制器設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題,提出基于變?cè)鲆娼徊骜詈匣？刂频脑O(shè)計(jì)方法,主要包含以下幾個(gè)部分:本文首先結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)XY軸進(jìn)行物理模型以及運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立。通過分析直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的差別,類比與交流永磁旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)對(duì)電機(jī)物理模型的建立過程來建立直線電機(jī)物理模型。其次對(duì)直線電機(jī)進(jìn)行受力分析,運(yùn)用牛頓第二定律建立直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,最后通過化簡(jiǎn)分析得到直線電機(jī)時(shí)域模型以及頻域模型的表達(dá)式。其次,本論文分析了常規(guī)輪廓跟蹤算法的形成機(jī)理,并針對(duì)直線電機(jī)平臺(tái)進(jìn)行了特例分析。通過分析設(shè)計(jì)得出直線輪廓、標(biāo)準(zhǔn)圓弧輪廓、任意曲線輪廓跟蹤的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過數(shù)學(xué)表達(dá)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(duì)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(duì)于直線電機(jī)輪廓控制算法設(shè)計(jì),對(duì)于提高單軸系統(tǒng)的跟蹤精度以及增加系統(tǒng)對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)器以及變?cè)鲆娼徊骜詈峡刂频姆绞絹斫鉀Q。最后文章對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)控制算法進(jìn)行系統(tǒng)仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證,對(duì)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(duì)直線電機(jī)控制性能有很大的提高。最后在XY直線電機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行控制算法實(shí)際編寫測(cè)試,進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的變?cè)鲆娼徊骜詈匣Ｗ兘Y(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(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(jì)七八家為了加工高精度光學(xué)反射鏡子等精密光學(xué)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(jì)以來，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，，同時(shí)也帶動(dòng)步與發(fā)展（如計(jì)算機(jī)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(jī)具有速度快、精度高[1,2]，且少了永磁伺服電機(jī)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)間隙、傳動(dòng)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(yīng)用,其中直線電機(jī)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(jī)發(fā)展歷程最早的直線電機(jī)理論由 Wheatstone（惠斯登）在 1840 年提出并制作了第一代原型機(jī)[2]。經(jīng)過 178 年的發(fā)展，直線電機(jī)已經(jīng)從最初實(shí)驗(yàn)探索，經(jīng)過大量學(xué)者的研究過渡到實(shí)際開發(fā)應(yīng)用，最后發(fā)展到大規(guī)模商業(yè)實(shí)際批量應(yīng)用階段，在此期間，直線電機(jī)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(shí)驗(yàn)探索階段（1840-1955）從 Wheatstone 提出直線電機(jī)直線電機(jī)的想法 50 年以后，美國匹茲堡市市長(zhǎng)提出應(yīng)用于織布機(jī)上的直線電機(jī)專利[2]，因而引起不少學(xué)者的興趣，但是受限與當(dāng)時(shí)工業(yè)發(fā)展的水平，在直線電機(jī)材料以及制作等方面都不能滿足要求，因此直線電機(jī)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間并沒有得到應(yīng)用，只停留在很多研究者的論文中。隨著時(shí)間
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM359.4;TP273

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2675369