三自由度磁悬浮平面电机无静差跟踪控制系统设计

发布时间：2020-10-12 04:50

　　 磁悬浮平面电机是一种先进的运动驱动装置,具有良好的动态性能,可以获得很高的运动精度,在集成电路制造、微纳制造等先进制造装备的驱动中具有广阔的应用前景。论文主要研究磁悬浮平面电机三自由度运动轨迹跟踪控制问题,在内模原理的基础上分别设计了状态反馈与输出反馈两种闭环控制系统。论文建立了磁悬浮平面电机动力学模型,重点分析垂向悬浮、水平平动、水平转动三个运动自由度的动力学特性,导出其传递函数矩阵矩阵分式模型与状态空间模型。论文建立了参考输入和外部扰动共同不稳定内模补偿器,对三自由度运动控制系统进行闭环极点配置,设计了可实现无静差轨迹跟踪的状态反馈闭环控制系统,并提出采用前置PD控制器以改善系统的动态性能。考虑到输出反馈在物理上的可实现性,论文同样基于内模原理,采用传递函数矩阵分式描述方法,将非循环受控系统转化为循环化传递函数矩阵分式,并对三自由度运动控制系统进行闭环极点配置,设计了可实现无静差轨迹跟踪的输出反馈闭环控制系统。论文对所设计的两种无静差轨迹跟踪闭环控制系统进行了大量仿真验证。结果表明,在系统中嵌入不稳定扰动内模的条件下,两种闭环控制系统都具有良好的动态性能,对正弦参考输入和方波参考输入都可实现精确的轨迹跟踪。
【学位单位】：西北民族大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM30
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及研究意义
    1.2 磁悬浮平面电机研发现状
        1.2.1 磁悬浮平面电机结构与原理
        1.2.2 磁悬浮平面电机运动控制技术
    1.3 论文研究的内容及结构安排
第2章 磁悬浮平面电机动力学建模
    2.1 六自由度动力学建模
    2.2 悬浮自由度重力补偿模型
    2.3 三自由度状态空间模型与传递函数矩阵分式模型
    2.4 本章小结
第3章 基于内模原理的无静差跟踪控制系统设计
    3.1 无静差跟踪问题
    3.2 内模及内模原理
    3.3 控制系统性能要求
    3.4 基于内模原理的状态反馈无静差跟踪控制系统设计
        3.4.1 状态反馈极点配置
        3.4.2 无静差跟踪控制系统设计
    3.5 基于内模原理的输出反馈无静差跟踪控制系统设计
        3.5.1 输出反馈无静差跟踪控制可实现性
        3.5.2 输出反馈无静差跟踪控制综合补偿器设计
        3.5.3 输出反馈极点配置补偿器求解
    3.6 本章小结
第4章 三自由度磁悬浮平面电机无静差跟踪控制仿真实验
    4.1 状态反馈闭环系统三自由度初始状态响应仿真
    4.2 基于内模原理状态反馈无静差跟踪控制系统仿真实验
        4.2.1 悬浮自由度动态性能和轨迹跟踪性能仿真
        4.2.2 x向平动自由度动态性能和轨迹跟踪性能仿真
        4.2.3 绕z轴旋转自由度动态性能和轨迹跟踪性能仿真
    4.3 基于内模原理输出反馈无静差跟踪控制系统仿真实验
        4.3.1 悬浮自由度动态性能及轨迹跟踪性能仿真
        4.3.2 x向平动自由度动态性能及轨迹跟踪性能仿真
        4.3.3 绕z轴旋转自由度动态性能及轨迹跟踪性能仿真
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 论文主要内容总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及参与的科研项目
致谢

【参考文献】

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本文编号：2837669