直线电机伺服系统伺服动刚度分析及测试技术研究

发布时间：2017-10-29 17:16

  本文关键词：直线电机伺服系统伺服动刚度分析及测试技术研究

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【摘要】：直线电机伺服系统具有响应速度快、精度高、速度大和刚度大以及在工作时噪声低等特点,因此被广泛应用于数控机床等领域。直线电机伺服系统多工作在位置伺服的状态,伺服动刚度是评价其性能的一个重要指标,它直接反映了系统的抵抗负载干扰产生位置偏差的能力。本文主要针对直线电机伺服系统伺服动刚度领域的理论分析和测试技术这两个方面进行了较为深入的研究。首先,本文建立了典型直线伺服系统的数学模型,并在Simulink中仿真分析了阶跃负载力下的伺服动刚度的影响因素,主要包括驱动器硬件参数、控制参数、非线性因素、动子质量。本文进一步对典型直线伺服系统的传递函数和扰动模型进行分析,分析了控制参数和动子质量对正弦负载力下的伺服动刚度的影响,并和前面的阶跃负载力下的影响进行了对比。两种定义下的主要影响因素的影响趋势一致,说明这两种定义的伺服动刚度存在内在一致性,本文进一步阐明了其一致性的理论基础。这两种不同的定义下的理论分析各有优缺点,前者侧重最大偏差和动态特性,后者侧重稳态偏差幅值和频域特性。对比发现阶跃负载力下的伺服动刚度更适合作为在实际测试中的定义。为了测试阶跃负载力下伺服动刚度,传统的重物加载法具有重复操作困难且不适用于大推力场合等缺点。针对这些缺点,本文提出了直线电机加载法,并分析了基于该加载方法的测试平台中影响伺服动刚度测试精度的各个因素,针对各影响因素,提出相应的降低其影响的方法。为了验证直线电机加载法的合理性,搭建了实际的伺服动刚度的测试平台,主要包括整个测试系统结构的设计和核心部件大推力直线直流加载电机的设计。对加载电机样机进行了温升和推力实验,验证了加载电机设计的合理性,适用于测试伺服动刚度;通过对不同控制参数下伺服动刚度的实验测试,验证前面伺服动刚度影响因素的理论分析;进一步对实验伺服动刚度的测试结果进行了误差分析,分析表明直线电机加载法具有较高的测试精度;最后实验对比了传统重物加载法和直线电机加载的测试结果,直线电机加载法测试结果随机误差小,具有更高的测试精度。
【关键词】：直线伺服系统 伺服动刚度 影响因素 测试平台 直线电机加载
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.4;TM921.541
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 伺服动刚度的定义10-12
• 1.2.2 伺服动刚度的影响因素和提高方法的国内外研究现状12-13
• 1.2.3 直线电机测试系统和负载力加载方法的国内外研究现状13-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-18
• 第2章 直线伺服系统阶跃负载力下伺服动刚度分析18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 直线永磁同步电机的数学模型18-20
• 2.3 直线永磁同步电机的三闭环PID矢量控制系统及仿真20-23
• 2.4 阶跃负载力下伺服动刚度的影响因素分析23-34
• 2.4.1 驱动器硬件参数对阶跃负载力下伺服动刚度的影响24-26
• 2.4.2 控制参数对阶跃负载力下伺服动刚度的影响26-29
• 2.4.3 非线性因素对阶跃负载力下伺服动刚度的影响29-33
• 2.4.4 动子质量对阶跃负载力下伺服动刚度的影响33-34
• 2.5 直线伺服系统伺服动刚度的提高方法34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 两种伺服动刚度定义及测试对比分析35-47
• 3.1 引言35
• 3.2 直线伺服系统的传递函数分析35-37
• 3.3 直线伺服系统的的伺服动刚度影响因素对比分析37-44
• 3.3.1 电流环参数对两种伺服动刚度影响的对比分析38-39
• 3.3.2 速度环参数对两种伺服动刚度影响的对比分析39-41
• 3.3.3 位置环参数对两种伺服动刚度影响的对比分析41-42
• 3.3.4 动子质量对两种伺服动刚度影响的对比分析42-44
• 3.4 两种伺服动刚度定义内在一致性及理论基础44-45
• 3.5 两种伺服动刚度测试的对比分析45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 伺服动刚度测试平台及测量误差影响因素分析47-54
• 4.1 引言47
• 4.2 重物加载和直线电机加载的对比分析47-48
• 4.3 基于直线电机加载的伺服动刚度测试平台48-49
• 4.4 伺服动刚度测试误差影响因素分析49-53
• 4.4.1 位置反馈精度对伺服动刚度测量误差影响分析49-50
• 4.4.2 附加质量对伺服动刚度测量误差影响分析50-51
• 4.4.3 阶跃负载力加载形式对伺服动刚度测量误差影响分析51-52
• 4.4.4 库伦摩擦力对伺服动刚度测量误差影响分析52
• 4.4.5 实际阶跃负载力的斜坡时间对伺服动刚度的影响分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 直线伺服系统伺服刚度测试系统及实验研究54-71
• 5.1 引言54
• 5.2 测试系统平台总体构成54-55
• 5.3 大推力直线直流电机的设计55-58
• 5.3.1 大推力直线直流电机的结构设计55-57
• 5.3.2 大推力直线直流电机参数初步设计57
• 5.3.3 永磁体高度的对电磁推力幅值的影响57-58
• 5.3.4 永磁体宽度度的对电磁推力波动率的影响58
• 5.4 加载电机的温升实验58-60
• 5.5 加载电机推力实现与推力测试实验60-62
• 5.5.1 加载电机的电流控制61
• 5.5.2 加载电机的推力测试实验61-62
• 5.6 伺服动刚度的影响因素探索实验62-67
• 5.6.1 阶跃负载力幅值对伺服动刚度测试结果的影响实验64-65
• 5.6.2 控制参数对伺服动刚度的影响实验65-66
• 5.6.3 附加铁板质量对伺服动刚度的影响实验66-67
• 5.7 伺服动刚度的测试结果及误差分析67-69
• 5.7.1 阶跃力幅值的测量值和真实值的偏差来源68
• 5.7.2 最大位置偏差的测量值和真实值的偏差来源68-69
• 5.7.3 直线电机加载法测试伺服动刚度结果系统误差69
• 5.8 直线电机加载和重物加载测试结果对比分析69-70
• 5.9 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果76-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：1113916