数控机床位置伺服系统控制策略的研究

发布时间：2017-10-15 15:15

  本文关键词：数控机床位置伺服系统控制策略的研究

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【摘要】：数控机床位置伺服系统的动态和静态特性决定了该系统的性能,因此位置伺服系统所采用控制策略的优劣直接影响数控机床的整体性能。为了提高数控机床位置伺服系统的响应特性,本文通过查阅相关文献分析现有的控制策略(如PID控制以及普通滑模控制等),在此基础上提出切换模糊化自适应滑模控制策略,设计了基于自适应律的模糊滑模控制器,采用Lyapunov分析证明了基于该控制器的伺服系统的稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink纯仿真软件和基于AD5435的半实物仿真实验平台验证了切换模糊化自适应滑模控制策略的有效性和优越性。首先,本文在深入了解数控机床位置伺服系统的基础上,搭建永磁同步电机的数学模型以及SVPWM控制的数控机床位置伺服系统的三环驱动模型,为系统位置控制策略的研究奠定理论基础。其次,将PID控制和普通滑模控制策略分别应用于数控机床位置伺服系统,在MATLAB/Simulink环境中建立其对应的模型进行仿真实验,对比仿真结果分析这两种控制策略的优缺点。针对滑模控制的抖振问题,本文提出一种切换模糊化自适应滑模策略,利用自适应模糊控制方法,模糊逼近滑模控制器中控制律的切换项,实现将切换项连续化的目的,通过Lyapunov稳定性分析设计参数自适应律,同时也证明了基于切换模糊化自适应滑模控制策略的位置伺服系统的稳定性。通过理论分析和纯仿真实验,验证了切换模糊化自适应滑模控制策略在保证系统鲁棒性的同时能很好地解决抖振问题。最后,为了进一步验证本文中所提出的切换模糊化自适应滑模控制策略的优越性和有效性,搭建基于AD5435仿真机的半实物仿真实验平台,分别将三种控制策略(PID控制、普通滑模控制以及切换模糊化自适应滑模控制)进行半实物仿真验证。实验结果表明,切换模糊化自适应滑模控制策略不仅克服了普通滑模控制的缺点,有效降低了系统抖振,提高了数控机床位置伺服系统响应的稳定性、快速性以及精确性,而且对系统扰动和负载变化具有良好的鲁棒性。
【关键词】：数控机床位置伺服系统 永磁同步电机 模糊滑模控制 自适应律
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TG659
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 课题研究的背景及意义7-8
• 1.1.1 课题研究背景7-8
• 1.1.2 课题研究意义8
• 1.2 数控机床位置伺服系统控制策略的研究现状8-11
• 1.3 课题主要研究内容11-13
• 2 数控机床位置伺服系统建模13-26
• 2.1 数控机床位置伺服系统概述13-14
• 2.2 伺服系统机械传动单元建模与分析14-19
• 2.2.1 PMSM数学模型14-17
• 2.2.2 伺服系统传动模型17-19
• 2.3 伺服系统电气驱动单元建模与分析19-24
• 2.3.1 坐标转换模块21-22
• 2.3.2 SVPWM产生模块22-24
• 2.4 本章小结24-26
• 3 数控机床位置伺服系统的PID控制和滑模控制26-40
• 3.1 基于PID控制的数控机床位置伺服系统研究26-30
• 3.1.1 PID控制原理26-28
• 3.1.2 基于PID控制的位置伺服系统设计28
• 3.1.3 仿真实验分析28-30
• 3.2 基于普通滑模控制的数控机床位置伺服系统研究30-39
• 3.2.1 滑动模态定义31-32
• 3.2.2 滑模变结构控制的四个基本问题32-35
• 3.2.3 滑模变结构控制器的设计方法35-36
• 3.2.4 基于滑模变结构控制的位置伺服系统设计36-38
• 3.2.5 仿真实验分析38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 切换模糊化自适应滑模控制策略研究40-51
• 4.1 自适应模糊控制系统40-44
• 4.1.1 模糊控制系统40-43
• 4.1.2 模糊系统的通用逼近性43
• 4.1.3 自适应模糊控制系统43-44
• 4.2 基于切换模糊化自适应滑模控制的数控机床位置伺服系统研究44-50
• 4.2.1 切换模糊化自适应滑模控制器的设计及稳定性分析44-46
• 4.2.2 仿真实验分析46-48
• 4.2.3 系统扰动变化实验48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 5 基于AD5435的实验验证及分析51-65
• 5.1 半实物仿真概述51-52
• 5.2 基于AD5435的位置伺服系统实验平台52-56
• 5.2.1 控制系统的整体结构52-54
• 5.2.2 基于AD5435的半实物控制系统设计54-56
• 5.3 实验步骤56-57
• 5.4 控制系统的软件设计57-58
• 5.5 实验结果分析58-64
• 5.5.1 阶跃响应实验58-59
• 5.5.2 正弦响应实验59-61
• 5.5.3 系统扰动和负载变化实验61-64
• 5.6 本章小结64-65
• 6 结论及展望65-67
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70

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本文编号：1037838