音圈電機(jī)位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究與應(yīng)用
【學(xué)位單位】:江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位年份】:2020
【中圖分類】:TM31
【部分圖文】:
第一章緒論1第一章緒論1.1課題背景與研究意義精密工程作為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的綜合體現(xiàn),涉及到光學(xué)測(cè)量、高精度定位、掃描顯微鏡等多種精密加工和精密測(cè)量領(lǐng)域,代表著國(guó)家制造業(yè)的綜合實(shí)力[1]。在高精度定位系統(tǒng)中,通常采用壓電陶瓷或音圈電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),而音圈電機(jī)具有行程相對(duì)較大、容易控制和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),大有替代壓電陶瓷的趨勢(shì),受到廣泛的關(guān)注和研究[2]。音圈電機(jī)是一種特殊的直流直線電機(jī),只有一個(gè)線圈繞組,且因其原理與擴(kuò)音器相似而命名[3],不需要任何傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就可獲得直線或圓弧運(yùn)動(dòng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積孝噪聲低、高精度、高速度、高加速度等特點(diǎn)[4]。如圖1.1所示,音圈電機(jī)從結(jié)構(gòu)上主要分為定子和動(dòng)子兩部分[5]:定子為鐵磁圓柱,內(nèi)置有永磁體,形成剛性磁通回路;動(dòng)子為纏繞有線圈繞組的繞組支架,支架頂端引出有線圈繞組的兩根接線引腳。音圈電機(jī)種類繁多:從電磁原理上劃分,音圈電機(jī)有傳統(tǒng)式、集中通量式和磁力交叉存取式三種[6];從運(yùn)動(dòng)部件上劃分,有動(dòng)線圈式和動(dòng)永磁體式;從氣隙長(zhǎng)度上劃分,有長(zhǎng)線圈式和短線圈式。不同結(jié)構(gòu)形式有各自的特點(diǎn)和相應(yīng)的適用場(chǎng)合,能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的性能要求。圖1.1音圈電機(jī)實(shí)物圖隨著控制理論的進(jìn)步、永磁材料的突破和電子技術(shù)的創(chuàng)新,各種高性能伺服系統(tǒng)不斷涌現(xiàn),其性能也得到了全面的提升[7]。在設(shè)計(jì)音圈電機(jī)位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí),不僅要了解它的工作特性和數(shù)學(xué)模型,還要明確相應(yīng)的控制策略和性能要求,必須要結(jié)合具體的應(yīng)用場(chǎng)合,確定相應(yīng)的控制指標(biāo),以便采取相應(yīng)的軟硬件控制策略以達(dá)到所需的性能指標(biāo)[8]。
第三章音圈電機(jī)控制方法研究與仿真分析27圖3.7電流環(huán)PI控制仿真模型圖時(shí)間(秒)時(shí)間(秒)電流(安)電流(安)電流給定和響應(yīng)電流誤差圖3.8電流環(huán)仿真結(jié)果圖如圖3.8為Simulink仿真的電流給定、電流響應(yīng)以及電流誤差的波形:電流響應(yīng)從1s的時(shí)刻跟隨電流給定的變化開始持續(xù)增大,經(jīng)過0.5ms時(shí)電流響應(yīng)第一次達(dá)到電流給定值,而后繼續(xù)增大,產(chǎn)生超調(diào);再經(jīng)過0.5ms的時(shí)間電流響應(yīng)穩(wěn)定在電流給定值。在該P(yáng)I控制下,電流環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)間在1ms左右,存在較小的超調(diào),達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的誤差為0,基本滿足電流環(huán)快速響應(yīng)的要求,但電流響應(yīng)仍存在較為明顯的超調(diào),動(dòng)態(tài)性能上略顯不足。(2)電流環(huán)前饋補(bǔ)償設(shè)計(jì)電流環(huán)使用PI控制通過電流反饋進(jìn)行校正的方式,對(duì)反電動(dòng)勢(shì)擾動(dòng)的抑制和電流給定的跟蹤總是有限的,會(huì)不可避免的產(chǎn)生超調(diào)。通過添加前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)可以加快電流環(huán)調(diào)節(jié)速度、補(bǔ)償反電動(dòng)勢(shì)的擾動(dòng)、減小系統(tǒng)超調(diào)。在音圈電機(jī)高精度位置伺服控制中,要求電流響應(yīng)能快速無超調(diào)的跟蹤電流給定,而圖3.8的仿真結(jié)果表明單純的PI是難以達(dá)到系統(tǒng)控制要求的,因此電流環(huán)設(shè)計(jì)為“PI+前饋補(bǔ)償”的控制方式。如圖3.5的電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖。反電動(dòng)勢(shì)變化頻率遠(yuǎn)低于電流環(huán)的執(zhí)行頻率32kHz,被視作電流環(huán)的低頻擾動(dòng),通過1()環(huán)節(jié)對(duì)反電動(dòng)勢(shì)擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)通過2()環(huán)節(jié)對(duì)電流給定進(jìn)行前饋控制,能夠減小電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)壓力,加快電流環(huán)調(diào)
第三章音圈電機(jī)控制方法研究與仿真分析28節(jié)速度。下面對(duì)分別這兩種前饋環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算:對(duì)反電動(dòng)勢(shì)擾動(dòng)的前饋補(bǔ)償,是希望通過1()的補(bǔ)償使反電動(dòng)勢(shì)()不影響電流響應(yīng)(),即從反電動(dòng)勢(shì)()到電流響應(yīng)()的傳遞函數(shù)為零。()()=[11()()]()1+()()()()(3.21)從而得到:1()=1()=+1(3.22)對(duì)電流給定前饋補(bǔ)償,是希望電流響應(yīng)()能夠完全復(fù)現(xiàn)電流給定()的變化,電流環(huán)“輸入-輸出”傳遞函數(shù)恒為1。()()=[2()+()()]()()1+()()()()(3.23)于是電流給定補(bǔ)償環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為:2()=1()()=(+1)(+)(3.24)根據(jù)式(3.22)、(3.24)兩個(gè)前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)的計(jì)算結(jié)果,兩個(gè)前饋環(huán)節(jié)均涉及微分量的提齲而由于Simulink中無法單獨(dú)建立純微分模塊,在建立兩個(gè)前饋環(huán)節(jié)仿真模型時(shí),采用“經(jīng)典微分器”的思想,在微分通道上串聯(lián)相應(yīng)數(shù)量的小慣性濾波器,實(shí)現(xiàn)“降階”和濾除微分環(huán)節(jié)引入的干擾噪聲的作用。在圖3.7的基礎(chǔ)上建立如圖3.9的電流環(huán)“PI+前饋補(bǔ)償”的仿真模型圖。圖中的1()、2()、2()1分別為兩個(gè)前饋通道上的微分器模型。圖中以頻率為50Hz、幅值為1的正弦波模擬反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)的“低頻擾動(dòng)”,電流給定為階躍波形。最終得到如圖3.10的仿真結(jié)果。圖3.9電流環(huán)“PI+前饋補(bǔ)償”控制的仿真模型圖對(duì)比如圖3.10與圖3.8兩個(gè)電流環(huán)仿真結(jié)果可以看出,添加了前饋補(bǔ)償?shù)碾娏鳝h(huán)響應(yīng)波形不僅具有無超調(diào)的優(yōu)點(diǎn),電流環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)間也大幅縮短至1ns左右,因此前饋補(bǔ)償
【參考文獻(xiàn)】
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3 顧平燦;;電磁振動(dòng)給料器給料速度的研究[J];機(jī)電工程;2012年07期
4 興連國(guó);周惠興;侯書林;曹榮敏;;音圈電機(jī)研究及應(yīng)用綜述[J];微電機(jī);2011年08期
5 吳紅星;錢海榮;劉瑩;李立毅;;永磁直線同步電機(jī)控制技術(shù)綜述[J];微電機(jī);2011年07期
6 曾思霖;黨選舉;張霖;;Bouc-Wen遲滯模型的改進(jìn)與音圈電機(jī)非光滑遲滯特性的描述[J];振動(dòng)與沖擊;2010年09期
7 吳振闊;張亮;張波;;PID參數(shù)整定和優(yōu)化[J];中國(guó)高新技術(shù)企業(yè);2010年22期
8 蘇江;;振動(dòng)送料器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2010年07期
9 王艷;朱彪;;電磁振動(dòng)給料機(jī)的使用與維護(hù)[J];糧食加工;2010年02期
10 王麗卿;;近紅外光譜干涉儀高精度運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)[J];微型機(jī)與應(yīng)用;2010年05期
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