龙门移动式镗铣床双直线电机交叉耦合同步控制

论文摘要

本文以国家自然科学基金资助项目“直线伺服双位置环动态精密同步进给理论和实现方法研究(50075057)”及辽宁省科学技术基金项目“大型移动式龙门加工中心双直线电机同步进给技术研究(20052045)”为背景,通过研究龙门加工中心的双直线电机伺服系统来获得更好的交叉耦合同步控制方法,以提高龙门加工中心的加工精度。本文提出了三种设计方法,并对它们进行了比较。基于QFT(定量反馈理论)的双直线电机鲁棒同步控制方法中,针对龙门移动式镗铣床双直线电机的同步进给问题,提出了将交叉耦合控制器和QFT鲁棒控制器相结合的控制策略。交叉耦合控制器用以增加两轴之间的匹配程度,以减小位移同步误差;QFT鲁棒控制器作为速度控制器,以解决电机参数变化和其它扰动等不确定性因素对同步精度的影响。基于QFT双直线电机二阶滑模交叉耦合控制方法中,提出了将QFT鲁棒控制器和二阶滑模交叉耦合控制器相结合的控制策略。二阶滑模交叉耦合控制器解决双位置环系统输出端机械耦合、电机参数变化和外部扰动等不确定性因素对同步精度的影响。二阶滑模控制律采用超螺旋算法,它可以消除相对阶为1的变结构系统的抖振现象。基于PDFF双直线电机二阶滑模交叉耦合控制方法中,采用具有前馈的伪微分反馈(PDFF)控制框架来设计各轴子系统速度控制器,以提高系统的抗干扰能力和响应速度。同时应用了二阶滑模交叉耦合控制器。三种方法的仿真结果都表明控制方案具有很强的鲁棒性,在不对称负载的条件下能实现位移同步。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及依据
• 1.2 课题的目的及意义
• 1.3 研究动态
• 1.3.1 直线伺服电机的发展趋势
• 1.3.2 直线进给伺服驱动技术的产生及应用现状
• 1.3.3 直线进给伺服驱动系统的控制模式
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 移动式龙门加工中心双永磁直线同步电机驱动系统
• 2.1 龙门加工中心双直线电机驱动
• 2.1.1 PMLSM的结构及基本工作原理
• 2.1.2 PMLSM数学模型
• 2.1.3 双直线电机同步伺服系统数学模型
• 2.2 双直线电机同步控制
• 2.3 影响双直线电机同步运行的主要因素
• 2.3.1 影响单轴子系统伺服性能的扰动因素及其补偿方法
• 2.3.2 双直线电机不同步因素以及解决方法
• 第三章 基于QFT的双直线电机鲁棒同步控制
• 3.1 定量反馈（QFT）速度控制器设计
• 3.1.1 QFT控制器
• 3.1.2 受控装置模板
• 3.1.3 U图线（稳定边界）
• 3.1.4 性能界限
• 3.1.5 前置滤波器的设计
• 3.2 交叉耦合控制器的设计
• 3.3 系统仿真
• 第四章 基于QFT双直线电机二阶滑模交叉耦合控制
• 4.1 二阶滑模交叉耦合控制器
• 4.1.1 高阶滑模控制
• 4.1.2 二阶滑模控制
• 4.1.3 超螺旋算法
• 4.1.4 二阶滑模交叉耦合控制器的设计
• 4.2 系统仿真
• 第五章 基于PDFF双直线电机二阶滑模交叉耦合控制
• 5.1 PDFF控制
• 5.2 系统仿真
• 5.3 仿真结果分析比较
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢