直线电机驱动的H型平台递归小波模糊神经网络控制

发布时间：2020-07-04 00:53

【摘要】：由于H型运动平台具有双直线电机共同驱动的平行系统,以及其高精度和高动态性能的优点,近些年已经在越来越多的领域获得应用。本文针对H型运动平台不确定扰动及其双轴机械耦合的问题,建立包含横梁干扰力的双轴数学模型。设计H型运动平台单轴全局滑模控制器和双轴递归小波模糊神经网络补偿控制器,以提高平台的跟踪精度和同步精度。首先,本文介绍了永磁直线同步电机和H型运动平台的发展现状、结构特点及工作原理。针对直线电机驱动的H型运动平台在实际应用过程中,由于X轴负载往复运动造成的Y方向双直线电机受力不均问题,建立了考虑变化横梁干扰力与不确定项的H型运动平台数学模型。然后,根据永磁直线同步电机的负载变化及扰动问题,设计了单轴全局滑模控制器,提高系统跟踪精度并抑制高频抖振。利用李雅普诺夫定理,验证了所设计的全局滑模控制器的稳定性。为了提高运动平台双轴同步精度,将单轴跟踪误差与双轴同步误差相结合,根据结合后的混合误差设计双轴交叉耦合控制器,并将混合误差作为单轴控制器的输入信号。使用MATLAB/Simulink对所设计的控制系统进行仿真,验证所设计的方法可以减小系统的跟踪误差与同步误差。最后,为了进一步减小运动平台的双轴同步误差,提高系统的稳定性,将能够进行时变信号分析的小波转换和具有动态能力的递归结构与模糊神经网络相结合,利用神经网络的学习能力对小波函数中的伸缩与平移因子、模糊结构中的均值与标准差以及各层之间的连接权重进行学习调整,根据双轴同步误差设计递归小波模糊神经网络补偿器取代交叉耦合同步控制器。使用MATLAB/Simulink对所设计的补偿器进行仿真,并与采用交叉耦合控制器的仿真结果进行比较,分析两种控制器的仿真结果。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TP183;TM359.4
【图文】：

加工的工件质量，因此人们对精密运动平台的需求越来越高，全球的企业集团、高校与研究所对 H 型运动平台均展开了深入的研究。从商业市场的角度来看，LinMot、Akribis、Aerotech、ETEL、Kollmorgen、Sumitonmo及 Yokogawa 等公司均针对 H 型运动平台进行了研究与生产。LinMot 生产的精密龙门双驱平台最大速度可达到300mm/s ，最大加速度0.3G ，有效行程200mm，重复精度 1μm，定位精度 2μm。Akribis 所生产的 GHD510 大理石双驱龙门平台有效行程为510mm ，横梁轴峰值推力为 692.4N ，龙门轴峰值推力为 878N ，0.1μm 分辨率时重复精度为 ，0.5μm分辨率时重复精度为 2.5μm，1μm分辨率时重复精度为 5μm。Aerotech 科技生产的 ABG10000 龙门式空气轴承直线电机平台如图 1.1 所示，其行程范围为1000mm，定位精度 2μm，重复定位精度 0.5μm，直线度为 ，平面度为 。ETEL所生产的METIS二维平台如图1.2所示，该平台运动行程为320mm，最高转速1.2m/s，最高加速度212m/s ，位置定位精度 25nm，双向重复精度 0.4μm。

加工的工件质量，因此人们对精密运动平台的需求越来越高，全球的企业集团、高校与研究所对 H 型运动平台均展开了深入的研究。从商业市场的角度来看，LinMot、Akribis、Aerotech、ETEL、Kollmorgen、Sumitonmo及 Yokogawa 等公司均针对 H 型运动平台进行了研究与生产。LinMot 生产的精密龙门双驱平台最大速度可达到300mm/s ，最大加速度0.3G ，有效行程200mm，重复精度 1μm，定位精度 2μm。Akribis 所生产的 GHD510 大理石双驱龙门平台有效行程为510mm ，横梁轴峰值推力为 692.4N ，龙门轴峰值推力为 878N ，0.1μm 分辨率时重复精度为 ，0.5μm分辨率时重复精度为 2.5μm，1μm分辨率时重复精度为 5μm。Aerotech 科技生产的 ABG10000 龙门式空气轴承直线电机平台如图 1.1 所示，其行程范围为1000mm，定位精度 2μm，重复定位精度 0.5μm，直线度为 ，平面度为 。ETEL所生产的METIS二维平台如图1.2所示，该平台运动行程为320mm，最高转速1.2m/s，最高加速度212m/s ，位置定位精度 25nm，双向重复精度 0.4μm。

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本文编号：2740401