基于ZPETC和DOB的直线电机控制器设计及实验研究

直线电机驱动系统中存在的负载力、推力波动等干扰力会引起跟踪误差,降低跟踪性能。干扰观测器可以检测并补偿干扰,有效提高系统的抗干扰能力。前馈控制是提高系统跟踪性能的另一种方法,如直接速度前馈控制器、零相位误差跟踪控制器等,可以有效提高系统带宽,提高跟踪性能。针对直线电机在抗干扰和动态响应方面的需求,该文研究了基于直接速度前馈控制器、零相位跟踪控制器和干扰观测器的直线电机控制方法,并给出实验结果。结果表明,直接速度前馈控制器使位置能够无静地跟踪二阶指令输入,干扰观测器能够很好的抑制推力波动和摩擦力的影响,零相位跟踪控制器能够提高位置闭环带宽,改善跟踪性能,特别是三阶位置指令输入时的跟踪误差。     

基于支持向量机的直线电机推力波动前馈补偿

直线电机系统中,推力波动具有很强的非线性特点,是影响直线电机控制性能的重要因素之一。以结构风险最小化为学习规则的支持向量机进行推力波动模型辨识,来构成具有推力波动前馈补偿自适应控制单元的直线电机PID控制系统。该控制系统集合了PID线性控制和推力非线性补偿控制,以提高直线电机的轨迹跟踪精度。最后由Matlab仿真结果表明,基于支持向量机的推力波动模型比基于最小二乘法具有更高的辨识精度,控制系统具有更小的轨迹跟踪误差、更强的抗干扰性,从而提高直线电机定位精度。     

永磁同步直线电机的小波神经网络控制

针对永磁同步直线电机跟踪性能易受推力波动、摩擦力等干扰严重影响的问题,提出了基于小波神经网络的控制方法。分析证明了所构建的小波神经网络能以任意精度逼近主要干扰:非线性推力波动干扰。并且在复合前馈PID控制方法的基础上,利用小波神经网络实现了对永磁同步直线电机干扰的在线估计补偿。小波神经网络的控制实验的跟踪误差为0.15 mm,精确度为0.75%,实验结果表明,与复合前馈PID控制方法和神经网络自适应逆模型控制方法相比,基于小波神经网络的控制方法有效地提高了系统的跟踪性和鲁棒性,并能有效消除干扰对系统的影响。     

基于组合继电反馈的永磁同步直线电机力波动辨识方法

在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素.提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿.针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想继电环节和含有死区的迟滞继电环节相结合的信号激励源;其次利用描述函数对各非线性环节进行谐波线性化进而获取各环节的双输入描述函数,再根据非线性系统极限环存在条件确定系统待辨识参数的解析表达式;最后,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和准确性.实验表明当直驱进给系统匀速运动时,含有推力波动补偿时伺服系统的推力电流波动比补偿前降低了46.3％,其跟踪误差的方均根由34.1μm降至19.3 μm.     

基于组合继电反馈的永磁同步直线电机推力波动辨识方法

在永磁同步直线电机中,由齿槽效应和端部效应引起的推力波动是制约其动态性能的重要因素。提出一种基于组合继电反馈的推力波动辨识方法,且利用辨识结果实现推力波动的补偿。针对某直驱进给实验平台,首先建立其动力学模型,设计基于理想继电环节和含有死区的迟滞继电环节相结合的信号激励源;其次利用描述函数对各非线性环节进行谐波线性化进而获取各环节的双输入描述函数,再根据非线性系统极限环存在条件确定系统待辨识参数的解析表达式;最后,通过仿真和实验验证了该方法的可行性和准确性。实验表明当直驱进给系统匀速运动时,含有推力波动补偿时伺服系统的推力电流波动比补偿前降低了46.3%,其跟踪误差的方均根由34.1μm降至19.3μm。     

质量波动对永磁同步直线电机控制器的影响及其补偿

在直线电机进给系统中,运动质量的波动是最主要的模型参数波动。基于将干扰观测器和零相位跟踪控制器与PID相结合的控制器结构,分析了质量波动对位置闭环带宽的影响,通过分析可知质量增大会降低位置带宽,破坏位置闭环的零相位误差特性,降低位置跟踪性能。为了补偿质量波动的影响,提出一种基于质量估计和模型补偿的控制器结构。质量估计采用模型参考自适应方法,能够准确及时地估计出质量,稳定后误差不超过3.5%。模型补偿包括质量波动补偿和电流前馈,可使实际模型与设定模型保持一致,补偿了质量波动对位置闭环带宽的影响,保持了控制器的跟踪性能。实验结果验证了该方法的有效性。     

直线电机的线性自抗扰控制

光刻机的工件台是高动态精密伺服运动平台,它要求在系统高速运动的同时,采用长行程直线电机宏动跟随音圈电机高精密微动的驱动方式,实现系统纳米级的精确定位及跟踪。为减小微动电机的运动范围和加速度,必须提高直线电机的跟踪精度。针对该系统的直线电机模型设计了一种线性自抗扰控制方法,该方法的控制器首先通过扩张状态观测器观测系统的动态变化,补偿系统中的各种扰动,再运用前馈对系统的跟踪误差进行补偿,减小系统的动态跟踪误差。在此复合控制方式下,控制器实现了自抗扰控制,前馈控制器很好的补偿了误差,从而提高了系统的抗干扰和跟踪性能。实验表明,该方法与传统的控制方法相比,改善了系统的动态性能和抗干扰能力。     

永磁直线同步电动机推力波动的抑制

针对高档数控机床进给系统用永磁直线同步电动机特有的齿槽效应、边端效应所引起的推力波动问题,提出了在应用磁场定向控制技术双闭环结构基础上增加自适应前馈控制器抑制推力波动的新方法。通过实验测量经离散小波变换滤除噪声,得到随直线电机位置变化的实际推力波动波形,基于该波形以查询方式得到补偿电流。给出了控制系统速度控制器、电流控制器、参考电流发生器及前馈控制器的参数设计方法,构造了基于DS1104控制板d SPACE半实物仿真系统实验平台。实验表明,增加自适应前馈控制器对电流进行补偿后,推力波动和速度波动得到了有效抑制,验证了提出方法的正确性和有效性。     

基于复合磁性槽楔的 PMLSM 推力波动抑制

永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)存在齿槽力,影响电机的控制性能。 本文提出一 种基于软磁、硬磁材料混搭的新型复合磁性槽楔结构(composite magnetic slot wedge,CMSW),能有效抑制 PMLSM 推力波动。 首 先,分析了单一磁性槽楔的材料、尺寸和空间位置分布对 PMLSM 输出推力和推力波动的变化规律。 然后,研究新型复合磁性 槽楔的软磁、硬磁材料配比和位置分布,对电机输出推力、推力波动和齿槽力等电磁性能的影响。 以最大推力和推力波动最小 为优化目标,利用正交优化法对复合磁性槽楔的尺寸进行优化。 研究表明,采用新型复合磁性槽楔可有效降低推力波动和损 耗,推力波动降低 79. 4%,而平均推力基本不变,为 PMLSM 推力波动抑制提供新的技术途径。     

基于极点配置的直线电机运动控制器设计

为了提高精密工作台的轨迹跟踪精度和动态响应性能,基于辨识出的控制对象离散化模型,利用极点配置方法设计精密工作台运动控制器的前馈环节和反馈环节,构成具有两自由度结构的精密工作台运动控制系统.通过实验,与PD 加速度前馈的控制方式相比较,精密工作台静态定位误差提高了0.5μm;当精密工作台以120mm/s匀速运动时,轨迹跟踪精度提高了2μm,定位建立时间缩短了10ms.表明,采用极点配置方法设计的运动控制器具有较好的动态响应和轨迹跟踪性能.