高频响直线电机驱动快速刀具系统控制策略研究

发布时间：2017-07-26 19:29

  本文关键词：高频响直线电机驱动快速刀具系统控制策略研究

  更多相关文章： 快速刀具直线伺服系统 高频跟踪 免疫重复控制 模糊自适应滑模控制

【摘要】：高性能的快速刀具直线伺服系统是超精密数控机床高速切削加工光学自由曲面的关键技术，这需要直线电机伺服刀具系统在数控加工中对于高频周期性输入信号具有较好的跟踪能力，又要对于负载扰动具有较强的抑制能力。针对这一问题，对高频周期信号下系统的控制策略进行了研究。主要研究内容如下： 首先查阅了大量国内外文献对直线伺服系统驱动的高频响快速刀具系统（FTS）的结构特点有了深入了解，在此基础上建立了用于驱动FTS的永磁直线同步电机（PMLSM）的数学模型，分析了对直线伺服FTS造成扰动的多重因素。 其次对PMLSM驱动的FTS中存在电机本身波纹推力扰动、端部效应扰动和加工时的切削力扰动等不确定性扰动的问题，选择设计具有鲁棒性的和自适应性的免疫控制策略，同时针对FTS要求的高频响短行程下周期信号的跟踪精度问题，，设计了重复控制器。本文将二者结合，设计出了新型的免疫重复控制方法既结合了免疫系统在大干扰和不确定性环境中都具有很强鲁棒性和自适应性的特点，使伺服系统具有快速响应、设计简单的优点，又结合了重复控制的对于周期信号的高频跟踪的性能。在MATLAB环境下对免疫重复控制的直线伺服FTS进给系统进行了仿真研究，仿真结果表明：该控制方案可使直线伺服FTS对高频正弦信号具有较好的跟踪精度和较强的抗扰动性能，对方波信号而言具有较快的响应速度。 第三为进一步提高对直线伺服系统驱动的FTS高频信号跟踪精度、快速性和系统鲁棒性，对系统的模糊自适应滑模控制进行了研究。首先采用滑模控制进行跟踪控制，其次采用了自适应模糊控制方法对传统滑模控制器中的不连续控制量进行模糊逼近，同时利用自适应性对实际运行中的系统的不确定性进行补偿并设计了相应的自适应算法，以补偿控制量模糊控制律的不足，从而有效降低抖振。仿真结果表明，本文采用的算法可以解决伺服系统的高频跟踪问题，具有较快的响应速度，对负载扰动有较强的鲁棒性。
【关键词】：快速刀具直线伺服系统 高频跟踪 免疫重复控制 模糊自适应滑模控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM359.4;TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 直线电机驱动 FTS 概况9-14
• 1.2.1 FTS 国内外发展现状9-13
• 1.2.2 高频响直线电机驱动 FTS 发展现状13-14
• 1.3 高频响直线电机驱动 FTS 的控制策略研究现状14-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 FTS 用永磁直线同步电机数学模型17-25
• 2.1 FTS 结构17-18
• 2.2 FTS 用永磁直线同步电机的基本结构及工作原理18-20
• 2.3 FTS 用永磁直线同步电机的数学模型20-22
• 2.4 FTS 用永磁直线同步电机系统所受扰动分析22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 高频响直线电机驱动 FTS 免疫重复控制25-43
• 3.1 直线电机驱动 FTS 重复控制25-29
• 3.1.1 重复控制原理25-27
• 3.1.2 直线电机驱动 FTS 重复控制器设计27-29
• 3.2 直线电机驱动 FTS 免疫控制29-35
• 3.2.1 免疫系统的重要特性29-30
• 3.2.2 免疫反馈机理30-33
• 3.2.3 直线电机驱动 FTS 免疫重复控制器设计33-35
• 3.3 仿真结果及分析35-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 高频响直线电机驱动 FTS 模糊自适应滑模控制43-55
• 4.1 滑模控制基本原理43-44
• 4.2 直线电机驱动 FTS 模糊滑模控制器设计44-45
• 4.3 直线电机驱动 FTS 模糊自适应滑模控制设计45-47
• 4.4 仿真结果及分析47-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 结论与展望55-57
• 参考文献57-60
• 在学研究成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 于晶荣;粟梅;孙尧;;有源电力滤波器的改进重复控制及其优化设计[J];电工技术学报;2012年02期

2 罗芳,赵国明,王远波;磁浮车演示线上的直线感应电动机设计[J];电力机车技术;2001年02期

3 李翠艳,张东纯,庄显义;重复控制综述[J];电机与控制学报;2005年01期

4 戴一帆;段纬然;王贵林;杨帆;;音圈电机驱动的快刀伺服系统建模与性能分析[J];国防科技大学学报;2008年01期

5 杨帆;杨海宽;陈志华;王贵林;;音圈式快速伺服刀架的分析与设计[J];国防科技大学学报;2009年04期

6 侯军明;王保升;汪木兰;冯勇;;高速加工切削力影响因素的有限元分析[J];工具技术;2011年05期

7 何珍梅;徐雪松;;人工免疫系统研究综述[J];华东交通大学学报;2007年04期

8 汪亮;罗松保;;快速伺服刀具技术发展现状及趋势[J];航空精密制造技术;2007年06期

9 徐凤霞;赵学增;陆仲达;;自适应重复控制抑制测试台动不平衡扰动研究[J];机械工程学报;2010年02期

10 陈志华,李圣怡,杨舜洲,崔红娟;直线电机直接驱动的伺服刀架控制器的研究[J];控制理论与应用;2002年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘强;利用快速刀具伺服车削光学自由曲面的研究[D];吉林大学;2012年

2 张代林;永磁同步直线电机伺服系统的控制策略和实验研究[D];华中科技大学;2007年

本文编号：577998