数控机床直线伺服系统鲁棒控制的研究

论文摘要

在90年代中期以后,随着计算机技术,微电子技术,现代控制理论的发展,带来了电动机以及相关学科的迅猛发展,使得电动机的数字化控制替代传统的模拟控制成为未来电动机发展的必然趋势。而直线驱动技术在精密定位领域中也得到了广泛的应用。特别是随着数控机床加工技术要求不断地实现高速化、精度化,高速反应能力的直线伺服进给技术,即所谓的零传动方式便应用而生。永磁直线同步伺服电动机具有高速度、高效率和高可靠性等优点,同时还具有低噪音和低成本以及长寿命等特点。随着永磁新材料的发展,永磁直线同步电动机得到了迅速发展,并得到了广泛的应用。而以其为被控对象的伺服系统的控制性能会受到诸多不确定因素的影响,如对象参数摄动、未建模动态、外部负载扰动、非线性因素等。鲁棒控制理论特别研究了系统的不确定性对系统的影响,特别适用于数控机床永磁直线同步伺服系统。本文首先论述了鲁棒控制理论和直线伺服系统的矢量控制理论,然后为直线伺服系统设计了双闭环鲁棒控制器。对电流环使用PI电流控制器,而对速度环设计了H_∞速度控制器,并对其使用了LMI(线性矩阵不等式)方法进行求解,仿真结果表明所设计的控制器比Riccati方法所求的控制器具有更好的鲁棒性。同时又利用LMI方法对直线伺服系统设计了带闭环极点区域配置的鲁棒控制器,所设计出的控制器比仅使用LMI方法具有更好的动态性能指标。在考虑了永磁直线同步电动机本身的模型不确定性后,又使用LMI方法为其设计了考虑了圆形闭环极点区域配置的鲁棒H_∞控制器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 直线伺服系统的发展状况
• 1.2 永磁直线伺服系统的控制策略
• 1.2.1 经典控制策略
• 1.2.2 现代控制策略
• 1.2.3 智能控制策略
• 1.3 本文所做工作
• 第二章 永磁直线同步电动机基本理论
• 2.1 永磁直线同步电动机概述
• 2.2 矢量控制原理
• 2.2.1 矢量控制的基本思路
• 2.2.2 永磁直线同步电动机的空间矢量
• 2.2.3 永磁直线同步电动机的矢量变换
• 2.2.4 永磁直线同步电动机的d-q轴模型和推力
• 2.3 双闭环永磁直线同步电动机的控制数学模型
• ∞控制器设计'>第三章 基于LMI的直线电动机H_∞控制器设计
• ∞性能指标'>3.1 H_∞性能指标
• 3.2 线性矩阵不等式
• ∞控制器'>3.3 用LMI方法求解H_∞控制器
• ∞控制器LMI方法求解'>3.4 永磁直线同步电动机H_∞控制器LMI方法求解
• 3.5 小结
• ∞控制器设计'>第四章 带圆域极点配置的H_∞控制器设计
• 4.1 极点约束描述
• ∞控制器设计方法'>4.2 具有极点约束的H_∞控制器设计方法
• ∞控制器设计'>4.3 永磁直线伺服系统的速度H_∞控制器设计
• ∞控制器设计'>4.3.1 H_∞控制器设计
• 4.3.2 仿真分析
• 4.3.3 圆域对性能指标影响的分析
• 4.4 小结
• ∞控制器设计'>第五章 具有极点约束的鲁棒H_∞控制器设计
• 5.1 问题描述
• ∞状态反馈控制器设计'>5.2 带极点配置的鲁棒H_∞状态反馈控制器设计
• ∞控制器设计'>5.3 带极点配置的不确定直线伺服系统H_∞控制器设计
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢