永磁同步直线电机伺服控制系统扰动抑制技术研究

摘要

近年来，随着直驱技术的发展，特别是直线电机及其伺服控制系统具有高效、高精以及高速等特点，直线电机越来越多的应用到数控机床领域，但由于直线电机的初级与工作台直接相连，中间没有任何传动机构，容易受到外部扰动以及电机参数摄动的影响。本文以高速卧式加工中心直驱技术试验平台的直线电机为研究对象，为了对直线电机伺服控制系统扰动抑制的程序编写提供参考，对直线电机伺服控制系统扰动抑制技术进行了分析和研究。
　　本文首先简要分析了永磁同步直线电机的基本结构、工作原理以及气隙磁场的分布。在此基础上，分析了直线电机应用于卧式加工中心可能受到的扰动以及这些扰动的形成原因。
　　其次为有效的抑制扰动，分析了主要影响直线电机伺服控制系统性能的摩擦力、推力波动以及直线电机在低速和高速运行情况下各扰动的影响程度，并应用Ansoft V12和Matlab软件建立了与直线电机运动位置相关的推力波动数学模型。
　　最后针对摩擦力和推力波动特点，分别从扰动补偿器和控制器的设计进行了研究，最终提出了一个基于改进型扰动补偿器和智能控制相结合的直线电机伺服控制系统扰动抑制方法，经仿真验证，该方法能有效的抑制扰动。该方法通过设置改进型的扰动补偿器来提高系统对静摩擦力以及瞬时扰动力的抑制能力和对扰动的响应速度。同时速度环设计了基于PI+重复控制相结合的复合控制器，提高了系统速度环的响应速度，有效的抑制了速度脉动；位置环采用带有死区和积分分离的模糊 PID控制，在降低系统位移超调、提高位置环响应速度的同时，具有较好的跟随性能。

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第一章 绪论

1.1 课题概述

1.2 直线电机伺服系统在机床领域中的应用与发展

1.3 直线电机伺服控制系统扰动抑制技术研究现状

1.4 主要研究内容

第二章 永磁同步直线电机伺服控制系统扰动分析与建模

2.1 永磁同步直线电机的基本结构和工作原理

2.2 永磁同步直线电机伺服控制系统扰动分析

2.3 永磁同步直线电机推力波动分析与建模

2.4 摩擦力分析与建模

2.5 本章小结

第三章 永磁同步直线电机伺服控制系统扰动补偿方法研究

3.1 永磁同步直线电机数学模型

3.2 永磁同步直线电机伺服控制系统扰动观测器与补偿器设计

3.3 本章小结

第四章 永磁同步直线电机伺服系统位置、速度控制方法研究

4.1 速度环控制方法

4.2 位置环控制方法

4.3 本章小结

第五章 基于扰动补偿器的直线电机伺服系统控制器设计与仿真

5.1 直线电机伺服控制系统负荷

5.2 基于扰动补偿器的直线电机伺服系统控制器设计

5.3 基于扰动补偿器的直线电机伺服控制系统仿真

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果