基于滑模控制的高速进给系统多领域建模仿真研究

发布时间：2017-09-24 01:03

  本文关键词：基于滑模控制的高速进给系统多领域建模仿真研究

  更多相关文章： 高速进给系统 Modelica语言 多领域建模 PI控制 滑模控制

【摘要】：机床进给系统用于驱动携带刀具或工件的机床部件至给定位置,因此,其速度及定位精度决定了机床的加工效率和产品质量。进给系统是一个机械、电气、控制等多学科领域互相作用的复杂机电系统。其中,机械子系统的运动、力参数与电气子系统的电参数存在着强耦合关系;而控制参数在非线性电气系统及控制律的作用下,其变化又会对机械系统动态特性产生影响。随着高档数控机床对进给速度、加速度和定位精度要求的提高,高速高精进给系统的多领域耦合作用更加多变,对系统动态特性产生显著影响,仅建立单一领域的分析模型已经很难满足研究需求。因此,本文从全局角度对高速进给系统展开了建模仿真研究,探讨高精度控制策略的实现与多领域联合仿真模型的搭建。具体工作在于:根据模块化建模思想,对进给系统进行了多领域模块划分。基于统一仿真平台Mworks,建立了进给系统机械、电气子系统模型库。其中,采用有限元分析得出丝杠相关参数,比传统的经验公式计算法更具针对性与可信度。搭建了位置、速度、电流三闭环控制的交流永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)伺服控制系统,并通过仿真实验分析了PI(比例积分)控制策略的可行性及不足之处。为了提高伺服带宽且保证系统稳定性,基于滑模控制理论建立了PMSM伺服系统速度环、位置环控制器,并针对滑模控制的抖振问题,设计了一种变增益滑模控制器,与传统PI控制结合起来在系统运行的不同阶段分别作用。与PI控制的仿真结果对比显示,新型分段变增益滑模控制器具有更好的鲁棒性及抗干扰能力。为实现各子系统间多参量耦合关系,建立了领域接口模型库并由此搭建了进给系统多领域联合仿真模型。在单轴模型的基础上还建立了双轴同步仿真模型。通过仿真分析验证了各模型的可行性与有效性,对进给系统部件选型及参数优化匹配提供了参考价值。本文的研究对数控机床进给系统的研发设计具有良好的借鉴意义,为全面提高数控机床的高速高精化及智能化提供了一种新思路。该研究方法也同样适用于机床的主轴伺服系统。
【关键词】：高速进给系统 Modelica语言 多领域建模 PI控制 滑模控制
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-14
• 1.1. 研究来源目的及意义9-10
• 1.2. 进给系统国内外研究现状10-13
• 1.3. 本文主要研究内容13-14
• 2. 滚珠丝杠机械与电气子系统建模14-30
• 2.1. 引言14-15
• 2.2. 机械子系统建模15-23
• 2.3. 电气子系统建模23-29
• 2.4. 本章小结29-30
• 3. PMSM伺服控制系统建模仿真30-41
• 3.1. 引言30
• 3.2. 控制子系统建模30-35
• 3.3. 控制子系统仿真分析35-40
• 3.4. 本章小结40-41
• 4. 基于滑模控制的控制系统建模仿真41-54
• 4.1. 滑模变结构控制41-44
• 4.2. PMSM滑模变结构控制44-48
• 4.3. PMSM滑模变结构仿真分析48-53
• 4.4. 本章小结53-54
• 5. 进给系统多领域联合建模仿真54-65
• 5.1. 引言54
• 5.2. 进给系统多领域联合仿真模型54-56
• 5.3. 进给系统整体模型单轴仿真分析56-61
• 5.4. 进给系统双轴同步仿真研究61-64
• 5.5. 本章小结64-65
• 6. 总结与展望65-67
• 6.1. 总结65-66
• 6.2. 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-73
• 附录 攻读硕士学位期间发表学术论文目录73

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本文编号：908454