【摘要】：主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)是利用電磁力把導(dǎo)軌工作臺穩(wěn)定懸浮起來的一種新型的平面多點(diǎn)支承系統(tǒng)。與普通導(dǎo)軌相比,主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌具有無摩擦阻力、無接觸磨損、無需潤滑、精度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。由于主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的滑箱與導(dǎo)板之間相對運(yùn)動(dòng)時(shí)表面沒有接觸,大大地減小了運(yùn)動(dòng)阻力,因而加快了導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)響應(yīng),為提高數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度提供了技術(shù)條件,避免了因機(jī)械摩擦和直接接觸而導(dǎo)致的導(dǎo)軌壽命縮短和加工精度下降等問題,因而主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通導(dǎo)軌。與靜壓導(dǎo)軌相比,由于主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌省掉了龐大的油路系統(tǒng),所以減輕了環(huán)境污染、降低了潔凈防塵條件,因此,主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌支承技術(shù)有望得到迅速的發(fā)展。從機(jī)床導(dǎo)軌的承載特性考慮,主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的工作平面必須采用多點(diǎn)支承,但是對于一個(gè)平面而言,這種多點(diǎn)支承就存在主動(dòng)式過約束。隨著主動(dòng)磁懸浮技術(shù)的深入研究,發(fā)現(xiàn)多點(diǎn)支承的主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)的主動(dòng)式過約束會引起“顫振”,導(dǎo)致難以將先進(jìn)的控制策略應(yīng)用到平面多點(diǎn)支承的主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)中,也難以進(jìn)一步提高主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的承載能力和控制精度,甚至阻礙了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的研究工作。首先,本文針對多點(diǎn)支承的主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌中出現(xiàn)的“顫振”問題進(jìn)行了一系列的研究,提出了一種產(chǎn)生主動(dòng)式磁阻尼的新方法來解決顫振問題。其次,在解決顫振問題之后,引入了基于PID控制、模型參考自適應(yīng)控制及滑模變結(jié)構(gòu)控制的特征主導(dǎo)型控制策略,并借助非線性補(bǔ)償?shù)氖侄蝸磉M(jìn)一步提升主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的性能。最后,搭建了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的實(shí)驗(yàn)平臺,開展了相關(guān)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究,消除了“顫振”的影響,實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的平穩(wěn)運(yùn)行,提升了系統(tǒng)性能。本文詳細(xì)的研究內(nèi)容如下:1.設(shè)計(jì)了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),分析了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的工作機(jī)理,建立了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的數(shù)學(xué)模型,著重對主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)中的剛度一阻尼特性進(jìn)行了分析與計(jì)算。2.針對多點(diǎn)支承的主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌中存在的主動(dòng)式過約束,分析了過約束產(chǎn)生顫振的機(jī)理,提出了一種磁阻尼控制的新方法,用于解決多點(diǎn)支承的主動(dòng)磁懸浮系統(tǒng)中的顫振問題。建立了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌工作臺平面的法向磁阻尼模型,并對相應(yīng)的磁阻尼力進(jìn)行了相關(guān)的計(jì)算,為解決多點(diǎn)支承的主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌中的顫振提供了必要的理論依據(jù)。3.解決了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)中的顫振問題之后,提出了特征主導(dǎo)型控制策略,根據(jù)導(dǎo)軌處于平動(dòng)段、過渡段和沖擊段三種不同的工作狀態(tài),分別采取PID主導(dǎo)控制策略、模型參考自適應(yīng)主導(dǎo)控制策略、滑模變結(jié)構(gòu)主導(dǎo)控制策略,并構(gòu)建了相關(guān)的控制系統(tǒng),進(jìn)行了相應(yīng)的仿真研究,進(jìn)一步提升了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌的性能,對最終克服多點(diǎn)支承系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)起到至關(guān)重要的作用。4.引用課題組的前期成果—非線性功率放大器,減少系統(tǒng)的非線性影響。通過采用非線性功率放大器,使控制對象等效地轉(zhuǎn)換為一個(gè)線性子系統(tǒng),從而可以更廣泛地引入一些先進(jìn)算法,進(jìn)一步擴(kuò)大了系統(tǒng)的穩(wěn)定域。5.研究并搭建了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)的硬件及實(shí)驗(yàn)平臺,為驗(yàn)證課題的研究結(jié)論創(chuàng)造了條件。構(gòu)建了基于DSP TMS320F28335的主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌控制系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)平臺,進(jìn)行了相關(guān)的硬件、軟件調(diào)試等實(shí)驗(yàn)研究,尤其針對主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)中的主要控制芯片、位移傳感器等進(jìn)行了相關(guān)的研究,并進(jìn)行了相應(yīng)的參數(shù)分析及關(guān)鍵部分的硬件電路設(shè)計(jì),利用所研發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)證了主動(dòng)磁懸浮導(dǎo)軌系統(tǒng)中磁阻尼及特征主導(dǎo)型控制策略的正確性。最后,對全文進(jìn)行了研究總結(jié)與工作展望,總結(jié)了論文完成的主要內(nèi)容,并提出了論文內(nèi)容有待于深入研究的方面。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG659

【參考文獻(xiàn)】

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2 藍(lán)益鵬;劉宇菲;;磁懸浮永磁直線電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)研究[J];中國機(jī)械工程;2015年13期

3 藍(lán)益鵬;劉宇菲;;磁懸浮直線電動(dòng)機(jī)H_∞魯棒控制器及其蟻群算法優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];控制理論與應(yīng)用;2015年04期

4 章曉明;于學(xué)文;武劍;趙雷;;一種基于電渦流傳感器的陀螺飛輪兩維擺角測量方法[J];中國工程機(jī)械學(xué)報(bào);2014年06期

5 李媛媛;朱q，

本文編號：2450925