兩軸高速直驅伺服進給系統(tǒng)控制策略與實驗平臺.pdf

1、高速加工使得傳統(tǒng)機床行業(yè)出現了一次變革，原有的機床結構、主軸系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、數控系統(tǒng)以及加工工藝等都隨之發(fā)生巨大變化，在這些變化中以伺服進給系統(tǒng)最為突出。直線電機直接驅動方式以其高速、高效、高精的特點被普遍認為是高速伺服進給系統(tǒng)的最佳選擇。但是直線電機本身存在的端部效應和磁路開斷現象使得其推力存在波動，同時，直線電機直接驅動系統(tǒng)由于缺少中間傳動環(huán)節(jié)的緩沖作用，使得外界擾動信號的作用效果直接而明顯，導致直線電機伺服系統(tǒng)控制困難。因此，

2、研究直線電機伺服進給系統(tǒng)的控制策略具有重要的理論意義及工程實用價值。本文以兩軸高速直驅伺服進給系統(tǒng)為研究對象，設計并搭建了永磁直線同步電機伺服進給實驗平臺，并以此為基礎開展相應的控制理論與方法研究，并進行了實驗驗證。全文主要工作及成果如下：
　　在系統(tǒng)分析永磁同步電機結構與工作原理的基礎上，運用坐標變換法建立了同步電機數學模型，并基于此構建了兩軸伺服進給系統(tǒng)傳遞函數模型。
　　滑模變結構控制器設計與魯棒性控制方法。在系統(tǒng)歸納

3、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)滑?？刂破鞯墓ぷ髟砑敖M成結構基礎上，綜合運用極點配置技術，系統(tǒng)研究了滑?？刂破鞯那袚Q面和趨近律，采用不連續(xù)控制策略，基于兩軸伺服進給系統(tǒng)的數學模型設計了滑模變結構位置控制器；針對伺服控制系統(tǒng)存在的系統(tǒng)結構不確定性及外部擾動等問題，提出控制信號修正方法，通過增加補償信號來應對結構不確定及輸入信號的未知擾動。通過卡爾曼濾波有效抑制系統(tǒng)抖振；基于Matlab/Simulink進行了系統(tǒng)仿真實驗，仿真實驗結果驗證了本文開發(fā)的

4、滑模變結構控制器在直線電機伺服系統(tǒng)控制方面的有效性和魯棒性。
　　伺服進給系統(tǒng)自抗擾控制器設計與控制器參數整定。在系統(tǒng)分析自抗擾控制器的原理及結構組成基礎上，將“基于誤差消除誤差”的策略用現代控制思想加以改進，針對兩軸伺服進給系統(tǒng)，設計面向直線電機未知擾動的自抗擾控制器，采用試湊法對控制器參數進行了整定，通過仿真手段測試并驗證了控制器的控制能力。
　　基于永磁直線同步電機的伺服進給實驗平臺。運用高性能雙邊型永磁直線同步電機、

5、高精度光柵尺、PMAC運動控制器、PLC控制系統(tǒng)、可控液壓加載系統(tǒng)/可控電磁加載系統(tǒng)等為主要設備的兩軸定位與加載實驗平臺。在上位控制層面，基于LabVIEW/G語言開發(fā)了實驗平臺總控模塊；在運動控制層面，基于PMAC/PEWIN開發(fā)了2軸運動控制程序；在加載控制層面，開發(fā)了針對直線與圓周加載系統(tǒng)軟件模塊；上述實驗平臺除通常意義的伺服進給系統(tǒng)實驗外，可完成控制策略的切換以及多種形式的變載荷加載實驗。
　　單軸電機特性、控制策略與綜合