龙门移动式数控机床横梁磁悬浮系统的同步控制

论文摘要

磁悬浮技术在交通、冶金、机械等领域有着越来越广泛的应用(如磁悬浮列车、磁悬浮轴承等),其明显的优点是无机械摩擦、不需润滑、功耗低、噪音小、可以大大延长机械本体的使用寿命等等。同步控制技术在现代生产实践中,已有广泛的应用,可以获得满意的控制精度和工作稳定性。本文采用磁悬浮技术来消除龙门移动式数控机床中移动部件与静止导轨之间存在的摩擦,提出采用模糊自整定PID控制策略设计同步控制器,解决不同步悬浮问题。首先,在阅读了大量国内外相关文献资料的基础上,对磁悬浮技术的研究状况及应用领域进行了综述;阐述了同步控制技术的国内外发展状况,目前的控制方法及控制精度。其次,阐述了磁悬浮系统的工作原理,以单电磁铁为例建立了数学模型,针对非线性数学模型在平衡点局部线性化,得到线性的数学模型。给出同步控制的基本结构,在此基础上提出本文采用的同步控制结构。采用PI状态反馈控制对单电磁铁悬浮系统设计控制器,仿真结果表明,系统准确跟随输入,没有稳态误差,并与状态反馈控制进行了对比。最后,详细论述了模糊自整定PID控制器的设计方法。在设计磁悬浮系统控制器的基础上,采用模糊自整定PID控制策略设计系统的同步控制器。本文采用两套相同的磁悬浮装置,并且给定相同的输入,将两个磁悬浮系统的误差作为同步控制器的输入,通过此控制器的反馈补偿控制实现横梁同步悬浮。仿真结果表明,本文提出的控制方案有效,系统在扰动作用下动态同步误差很小,并限制在允许值范围内。本文还通过仿真将模糊自整定PID控制与模糊控制、PID控制在输入不同的扰动信号的情况下进行了对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 磁悬浮技术的研究状况及应用
• 1.3 同步控制的研究状况
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第二章 横梁磁悬浮系统概述
• 2.1 单磁铁悬浮系统的工作原理
• 2.2 磁悬浮系统数学模型
• 2.2.1 磁悬浮系统的非线性模型
• 2.2.2 单磁铁动力学模型的局部线性化
• 2.2.3 状态方程的建立
• 第三章 横梁同步悬浮系统的控制结构
• 3.1 同步控制的基本结构
• 3.1.1 并联式同步控制结构
• 3.1.2 串联式同步控制结构
• 3.1.3 一般主从式同步控制结构
• 3.1.4 电子虚拟主轴控制
• 3.2 实际应用中的同步控制结构
• 3.2.1 Tandem控制结构
• 3.2.2 速度转矩耦合控制结构
• 3.3 横梁悬浮系统的同步控制结构
• 第四章 单个磁悬浮系统控制器设计及仿真
• 4.1 线性状态反馈控制器
• 4.1.1 状态反馈控制器设计
• 4.1.2 状态反馈控制器的仿真
• 4.2 PI状态反馈控制器
• 4.2.1 PI状态反馈控制器设计
• 4.2.2 PI状态反馈控制器的仿真
• 第五章 横梁磁悬浮系统同步控制器设计
• 5.1 模糊PID控制的原理及实现
• 5.1.1 PID控制
• 5.1.2 模糊控制
• 5.1.3 模糊自整定PID控制
• 5.2 横梁同步悬浮系统的模糊自整定PID控制
• 5.2.1 输入输出变量的确立
• 5.2.2 输入输出模糊语言描述及量化因子、比例因子选择
• 5.2.3 隶属度函数的选取
• 5.2.4 模糊控制规则的建立
• 5.2.5 解模糊方法的选择
• 第六章 横梁同步悬浮系统仿真
• 6.1 横梁磁悬浮系统的参数
• 6.2 横梁同步悬浮系统的仿真模型
• 6.3 仿真结果及分析
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢