基于交叉耦合算法的雙直線電機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái)，直線電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高、且無(wú)中間傳動(dòng)裝置，所以在各種高精密加工場(chǎng)所的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在加工零件的過(guò)程中，很多時(shí)候都需要多臺(tái)電機(jī)的協(xié)同配合才能完成，同時(shí)多直線電機(jī)的協(xié)同運(yùn)行也提高了工業(yè)加工的效率，因此，越來(lái)越多的人著手于多直線電機(jī)協(xié)同控制問(wèn)題的研究。但是，直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較特殊，無(wú)中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，外部擾動(dòng)直接作用在了直線電機(jī)的動(dòng)子上，且多個(gè)電機(jī)之間存在著耦合關(guān)系，影響了同步控制的效果，降低了產(chǎn)品的加工質(zhì)量和制作精度。所以

2、改善多直線電機(jī)協(xié)同控制伺服系統(tǒng)的性能，減小多直線電機(jī)的同步控制誤差具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文的主要研究對(duì)象是具有H型結(jié)構(gòu)（如激光雕刻機(jī)、龍門(mén)移動(dòng)式鏜銑床）的雙永磁同步直線電機(jī)(PMSLM)協(xié)同控制系統(tǒng)，文章首先闡述了雙直線電機(jī)同步控制所存在的問(wèn)題，然后提出了解決這些問(wèn)題所采用的方法。目前，提高雙PMSLM同步控制精度以及速度的辦法很多，一般包括以下幾個(gè)方面:優(yōu)化PMSLM的結(jié)構(gòu)參數(shù)、研制新型的永磁材料、改善已有的控制算法或者研

3、究新型的控制算法等。本文主要從控制算法上進(jìn)行了研究和改進(jìn)。雙PMSLM同步控制存在的問(wèn)題主要有兩個(gè):一、如何實(shí)現(xiàn)單直線電機(jī)的跟隨性能以及抗擾動(dòng)性能同時(shí)最優(yōu);二、如何實(shí)現(xiàn)雙PMSLM位置及速度的同步控制。
　　首先，單PMSLM伺服控制系統(tǒng)性能的好壞直接決定著多PMSLM的位置同步精度，但是傳統(tǒng)的PID控制算法不能兼顧系統(tǒng)跟隨性能和抗干擾性能，所以本文采用了二自由度PID控制算法，并羅列了2DOF PID控制器的幾種典型結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵O(shè)

4、定值前饋型2DOF PID控制算法的參數(shù)較少，實(shí)現(xiàn)較為容易，所以本文采用了此種控制算法。同時(shí)結(jié)合了具有學(xué)習(xí)能力以及在線整定能力的模糊控制算法，設(shè)計(jì)了一種設(shè)定值前饋型Fuzzy2DOF PID控制器，應(yīng)用在直線電機(jī)的位置環(huán)中，不僅實(shí)現(xiàn)了PID參數(shù)的在線整定功能，而且使得電機(jī)的跟隨性能和抗干擾性能均達(dá)到最優(yōu)。隨后在Matlab環(huán)境下將基于該算法的矢量控制模型和基于傳統(tǒng)PID控制算法的矢量控制模型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果驗(yàn)證了此算法的魯棒性較

5、強(qiáng)，且其跟隨性和抗干擾能力也很好，滿足設(shè)計(jì)要求。
　　其次，通過(guò)分析可知，相比于并聯(lián)式同步控制、主從式同步控制及虛擬主軸等幾種控制算法，交叉耦合控制算法在雙直線電機(jī)同步控制上具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和調(diào)節(jié)能力，因此本文設(shè)計(jì)了一種新型的交叉耦合控制器，將兩PMSLM的速度誤差和位置誤差作為交叉耦合控制器的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)交叉耦合控制器處理后的輸出信號(hào)再補(bǔ)償給兩PMSLM的位置給定，最終實(shí)現(xiàn)兩PMSLM速度和位置的絕對(duì)同步。然后進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)