龙门双驱直线电机运动平台滑模控制研究与实现

摘要

随着工业技术的不断发展,高精度运动平台在精密制造、检测等领域发挥越来越重要的作用。高精密运动平台对于定位精度、速度和加速度等方面性能要求越来越高,这些都对平台的设计和运动控制系统的实现提出了更大的挑战。传统的“伺服电机加滚珠丝杠”驱动结构已难以满足要求,而直线电机伺服系统由于其结构优势,更能满足高速、高加速度的场合。本研究针对直线电机伺服系统非线性、参数摄动性、负载扰动等缺点,同时结合滑模变结构控制器对参数变化和扰动不灵敏的特点,设计了一种趋近律滑模变结构控制器,通过仿真和实验表明,控制器能有效提高伺服系统的快速性、稳定性,系统具有良好的控制效果。
　　本文首先对永磁同步直线电机的结构和工作原理进行系统分析,然后根据坐标变换法建立了系统在 d-q坐标系下的数学模型。进而研究分析了SVPWM矢量控制技术的原理及实现方法。最后通过矢量控制策略在MATLAB/S imulink环境下建立直线电机矢量调速系统仿真模型。
　　其次,结合滑模控制器的设计原理和方法设计了适用于直线电机伺服系统的趋近率滑模变结构控制器,并对伺服系统速度环和位置环的仿真研究,仿真表明滑模控制器相比传统PID控制器快速响应强、鲁棒性好和抗干扰能力强等特性。
　　最后,在龙门双驱直线电机运动平台上开展系统实验对滑模控制器性能进行验证。首先对整个运动平台的结构和原理进行介绍,并在MechaWare运动控制工具箱中对滑模控制器模型进行建立,加载入运动控制卡进行实验验证。最终通过对系统开展的一系列实验结果表明:直线电机伺服控制系统在滑模变结构控制器作用下动态响应迅速、系统无超调、鲁棒性强,具有很好的动、静态性能。

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表清单

1 绪论

1. 1 课题研究背景和意义

1. 2 直线电机国内外研究现状发展趋势

1. 3 直线电机伺服控制系统概述

1. 4 直线电机伺服控制系统控制策略综述

1. 5 永磁同步直线电机滑模变结构控制

1. 6 本文主要研究内容和组织架构

2 永磁同步直线电机驱动控制系统模型建立

2. 1 引言

2. 2 永磁同步直线电机结构和工作原理

2. 3 永磁同步直线电机数学模型

2. 4 永磁同步电机矢量控制技术

2. 5 直线电机调速系统仿真模型建立

2. 6 本章小结

3 永磁同步直线电机伺服系统滑模控制研究

3. 1 引言

3. 2 滑模变结构控制简介

3. 3 滑模变结构控制原理

3. 4 滑模变结构设计方法

3. 5 趋近率法设计滑模变结构控制器

3. 6 趋近率滑模变结构速度控制器设计

3. 7 直线电机位置环滑模变结构控制器设计

3. 8 本章小结

4 龙门双驱直线电机运动平台实验研究

4. 1 引言

4. 2 龙门双驱直线电机运动平台建立

4.3 利用MechaWare工具箱进行实验系统搭建

4. 4 实验研究

4. 5 本章小结

5 总结与展望

5. 1 总结

5. 2 展望

参考文献

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