三轴运动平台精密轮廓控制方法研究

发布时间：2017-04-11 14:21

  本文关键词：三轴运动平台精密轮廓控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业技术的发展,人们对数控加工元件的复杂程度和精度要求不断提高,因此,保证多轴数控机床的控制精度是当前工业加工的发展趋势。本文以永磁同步直线电机驱动的三轴运动平台伺服控制系统作为研究对象,为了解决三轴运动平台伺服系统易受非线性、强耦合、动态不确定性以及环境干扰等因素影响,建立了简化的三轴轮廓误差估计模型,从单轴位置和整体轮廓两方面进行控制器设计,保证了三轴运动平台伺服驱动系统的轮廓精度和抗扰能力,奠定了多轴伺服控制系统研究的理论基础。首先,本文综述了国内外两轴及多轴直驱运动平台的轮廓控制技术发展现状,介绍了永磁同步直线电机的结构、工作原理以及三轴运动平台的数学模型。采用一种轮廓误差估算法建立三轴运动平台的轮廓误差模型。该方法与传统轮廓误差估计模型相比,可有效地减少系统的运算量且适用于任何非线性曲线。然后,通过向量合成方法对系统产生的轮廓误差进行补偿,以保证系统的轮廓精度。其次,为解决三轴运动平台的负载扰动、参数不匹配等问题的影响,在单轴上利用位置—速度双闭环跟踪控制方式。位置环采用比例控制、速度环采用PDFF控制方法,能够弥补PI和IP控制的不足,提高系统的快速性,减小跟踪误差。利用改进后交叉耦合控制方案进行轮廓控制器的设计,将轮廓误差的补偿量置于位置控制器前,能够保证轮廓误差补偿量的大小和方向做最适当的匹配,提高了系统的轮廓加工精度。利用Matlab/Simulink仿真表明,所设计的控制方案保证系统较高的跟踪和轮廓精度。最后,为了进一步提高系统的跟踪和轮廓精度,在单轴控制的基础上加入了模型参考自适应控制。该方法利用自适应律实时调整控制器的参数,可有效地消除由于外界条件及自身系统特性变化对系统造成的误差影响,其优点是具有良好的跟踪性能。三轴间协调控制仍利用改进后的交叉耦合控制方案解决系统出现的周期性轮廓误差。运用Matlab/Simulink进行仿真分析,将未加入模型参考自适应控制的系统与加入MARC后的仿真结果进行对比可知,加入后系统的跟踪误差和整体轮廓误差比之前提高了一个数量级,说明加入模型参考自适应控制后的系统具有更好的轮廓控制效果。
【关键词】：三轴运动平台 永磁同步直线电机 轮廓误差估算法 交叉耦合控制 模型参考自适应控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 三轴运动平台轮廓控制技术发展现状10-12
• 1.2.1 数控系统发展现状10-11
• 1.2.2 轮廓误差控制发展现状11-12
• 1.3 直接驱动三轴XYZ平台控制策略12-15
• 1.3.1 单轴间接轮廓控制12-13
• 1.3.2 双轴系统交叉耦合控制13
• 1.3.3 双轴极坐标法13-14
• 1.3.4 三轴运动平台控制策略14-15
• 1.4 本文研究的主要内容15-17
• 第2章 三轴运动平台的数学模型建立及轮廓误差分析17-25
• 2.1 三轴运动平台的工作原理17-19
• 2.1.1 三轴运动平台中直驱电机结构分析17-18
• 2.1.2 PMLSM的工作原理18-19
• 2.2 三轴运动平台数学模型19-21
• 2.3 三轴运动平台轮廓误差模型建立及补偿21-24
• 2.3.1 三轴运动平台轮廓误差模型建立21-23
• 2.3.2 轮廓误差的补偿23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 三轴运动平台改进型交叉耦合控制器设计25-37
• 3.1 三轴运动平台单轴控制器设计25-27
• 3.1.1 传统PID速度控制器的设计25-26
• 3.1.2 PDFF速度控制器的设计26-27
• 3.2 三轴改进型交叉耦合控制器设计27-30
• 3.2.1 交叉耦合控制27-28
• 3.2.2 改进型交叉耦合控制器原理及结构28-30
• 3.3 仿真结果及分析30-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 改进型交叉耦合自适应控制器设计37-52
• 4.1 自适应控制系统介绍37-40
• 4.1.1 自适应控制理论37-38
• 4.1.2 自适应控制原理及分类38-40
• 4.2 模型参考自适应控制系统（MRAC）40-42
• 4.2.1 模型参考自适应控制系统特点40-41
• 4.2.2 模型参考自适应控制系统的结构原理41-42
• 4.3 基于MRAC单轴位置控制器设计42-47
• 4.4 三轴改进型交叉耦合MRAC控制器47-48
• 4.5 仿真结果及分析48-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 结论52-54
• 参考文献54-58
• 在学研究成果58-59
• 致谢59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王丽梅;李兵;;基于速度场与反馈线性化的直接驱动XY平台轮廓控制[J];电工技术学报;2014年05期

2 赵欢;朱利民;丁汉;;基于高精度轮廓误差估计的交叉耦合控制[J];机械工程学报;2014年03期

3 张刚;刘品宽;张波;丁汉;;直线电机精密运动平台轨迹跟踪控制器设计[J];光学精密工程;2013年02期

4 摆玉龙;杨利君;柴乾隆;;基于系统辨识的模型参考自适应控制[J];自动化与仪器仪表;2011年03期

5 刘宜;丛爽;;基于工作坐标系的最优轮廓控制及其仿真[J];系统仿真学报;2009年11期

6 左健民;潘超;汪木兰;;基于CMAC的永磁直线同步电动机控制与仿真[J];制造业自动化;2009年01期

7 董文瀚;孙秀霞;林岩;宋鸿飞;;一类直接模型参考Backstepping自适应控制[J];控制与决策;2008年09期

8 颜菡;王先逵;段广洪;;基于最少拍无波纹的零相位误差跟踪控制在精密直线位移装置中的应用[J];机械工程学报;2007年05期

9 陆华才;徐月同;杨伟民;陈子辰;;永磁直线同步电机进给系统模糊PID控制[J];电工技术学报;2007年04期

10 李宁刚;代作晓;;PDFF调节在交流永磁同步电机控制中的应用[J];科学技术与工程;2006年13期

  本文关键词：三轴运动平台精密轮廓控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：299288