交流伺服进给系统的模糊PI控制仿真

摘要

通常情况下,设计分析的数控机床伺服进给系统要求该系统具有确定的参数,以便采取最合理的PID控制参数进行整定。然而在实际工业生产中,系统参数会发生变化。因此在确定的系统参数情况下整定的PID控制参数也许不再合理,严重情况下甚至会影响系统的稳定性,所以有必要对原有的控制参数进行适当调整。本文将模糊控制与PID结合,取长补短,设计了一种自整定的模糊PI控制器。将其运用到伺服进给系统中,仿真结果表明,系统能够较好地克服参数变化、强耦合和时变因素的不良影响,提高系统的动态综合品质。
　　首先,本文对伺服进给系统进行扼要分析,分别建立了PMSM和机械进给传动系统的数学模型,随后建立了基于id0的PMSM三环结构(位置环、速度环、电流环)的控制系统。然后,利用Modelica语言建立了伺服进给系统的仿真模型,内含主要子模型如永磁同步电机、机械进给传动系统、逆变器和SVPWM等。仿真结果表明,选择合适的系统固有频率wm和阻尼比?,对系统的快速性和稳定性具有重要意义。同时该仿真模型可以定量地知道系统参数如丝杠导程和系统的等效刚度等对系统输出的影响程度,为系统的分析与设计提供依据。
　　为了更好地解决控制对象具有的非线性、时变性、强耦合的问题,将模糊控制的思想引入伺服进给系统的PI控制中,设计了一种模糊PI控制器。通过模糊控制规则和模糊推理算法,该控制器能根据电机的转速偏差和偏差变化率在线地调整PI控制器的两个参数。
　　最后,仿真结果表明采用该方法可以提高系统的快速响应能力和控制精度,具有鲁棒性强和结构简单的优点,有很强的工程实用潜力。
　　本文的研究对设计和分析数控机床伺服进给系统性能有借鉴意义,同样本文提出的方法也适用于数控机床的主轴伺服系统,为全面提高数控机床的智能化、高精度化和实用化的研究提供了一种新思路。

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1 绪 论

1.1课题来源、研究背景和意义

1.2国内外相关技术研究综述

1.3本文主要研究内容

1.4全文结构安排

2 交流伺服进给系统数学模型

2.1引言

2.2交流伺服进给系统的基本组成结构

2.3永磁同步伺服电机

2.4机械进给传动系统

2.5本章小结

3 基于PMSM的伺服进给系统的控制策略

3.1引言

3.2永磁同步电机的控制方法及选择

3.3矢量控制原理

3.4基于PMSM的伺服进给系统仿真

3.5本章小结

4 伺服进给系统模糊PI控制

4.1引言

4.1模糊控制的研究概况

4.2模糊PID控制器的设计

4.3伺服进给系统模糊PI控制器详细设计过程

4.4伺服进给系统模糊PI控制仿真分析

4.5本章小结

5 全文总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士期间发表的论文