麦克斯韦快刀伺服系统预测滑模控制

发布时间：2020-06-09 03:04

【摘要】：本文以麦克斯韦快速刀具伺服(Maxwell Fast Tool Servo,MFTS)系统为研究对象,在滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)理论的基础上,结合模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)理论,针对麦克斯韦快刀伺服系统存在的参数变化和外界干扰等不确定性问题,进行麦克斯韦快刀伺服系统的轨迹跟踪控制研究,以满足麦克斯韦快刀伺服系统对跟踪精度和抗干扰性能的双重要求。主要研究内容如下:首先,对麦克斯韦快刀伺服的基本结构、基本原理和运动过程进行分析,根据其运动方程得到系统的数学模型。其次,在超高精密加工场合中,麦克斯韦快速刀具伺服系统要求具有较高的跟踪精度和抗干扰性能。为解决麦克斯韦快刀伺服系统存在的参数变化和外界干扰等不确定性因素造成的跟踪精度下降问题,采用积分滑模控制方法和预测控制方法相结合的控制策略对控制器进行设计。一方面,发挥滑模控制对于系统参数变化和干扰具有强鲁棒性的优势,另一方面,通过预测控制替代滑模控制中的切换控制部分来改善滑模的抖振问题,从而提高麦克斯韦快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性能。利用MATLAB/Simulink对设计的控制系统进行建模与仿真,并与积分滑模控制方法进行对比,仿真结果验证采用控制策略的可行性和正确性。最后,采用离散终端滑模控制方法与预测控制方法相结合的控制方式设计预测终端滑模控制器来解决麦克斯韦快刀伺服系统中存在的参数变化和外界干扰等不确定性因素问题,从而提高系统的跟踪精度和抗干扰性能。终端滑模控制通过非线性部分的引入使系统状态在有限时间内收敛至平衡点,提高了系统的收敛速度。利用MATLAB/Simulink对所设计的控制系统进行建模与仿真,并与终端滑模控制方法和预测积分滑模控制方法进行对比,仿真结果验证采用控制策略的可行性和正确性。
【图文】：

图 1.1 压电堆叠快刀伺服系统的结构示意图 1.1 Structural schematic diagram of piezoelectric stacked fast tool servo s伸缩驱动 FTS缩驱动的快速刀具伺服(MGS-FTS)系统是利用磁致伸缩材料伸和横向压缩应变效应来产生驱动力带动刀具运动的，这种应称为磁致伸缩效应[14]，磁致伸缩快刀伺服的结构示意图如驱动的快速刀具伺服系统和压电陶瓷驱动的快速刀具伺服系料的形变产生的。磁滞伸缩力驱动的快速刀具伺服系统具有度快，带宽高的特点。同时磁致伸缩驱动的快速刀具伺服系构设计简单，其缺点是在高频驱动下会产生涡流损耗和磁滞的热量造成高温现象，而高温会对磁致伸缩材料产生严重的快速刀具伺服系统很难应用于高频响应。Chen X 研究了磁致伸缩驱动的高精度控制问题，针对磁致伸

第 1 章 绪论器是 GMM 的新研究方向[17]。刘慧芳等针对传统发动机喷喷油量难以精确确定的问题，采用了一种新型的磁致伸缩作动器直接驱动喷油嘴针阀控制喷油过程，并建立了含有使系统位移预测的平均相对误差约为 5.6%[18]。公涛等针对中存在的迟滞和非线性问题，采用了微位移驱动器预紧机构定位精度和输出位移[19]。王飞伟等将磁致伸缩位移传感器，提高了系统的稳定性和控制性能[20]。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG71;TP273

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本文编号：2704069