直线电机伺服系统的设计与应用研究

简单介绍了直线电机的分类和优点，设计了一种直线电机伺服系统的结构，说明了驱动器的使用方法及其基本工作原理，对应不同的控制参数采集速度控制和位置控制的伺服曲线，建立了直线电机伺服系统的控制模型，比较了模型运算结果和实际测试采样结果，分析了控制算法及参数对伺服系统性能的影响，描述了最终伺服系统所达到的性能指标。     

基于扰动观测器的直线电机速度系统预测函数控制

针对直线电机伺服系统存在非线性、不确定性和各种扰动等特性,提出了一种基于扰动观测器和预测函数控制的复合控制方法。首先建立直线电机伺服系统的数学模型;然后设计扰动观测器对参数变化和外部干扰进行补偿,将干扰估计值反馈给预测函数控制器,建立带有干扰信息的预测模型,从而优化控制方法,提高伺服系统的控制效果。仿真结果表明,采用该复合控制方法设计的扰动观测器和预测函数控制器能够有效抑制扰动,满足系统对快速性和稳态精度的要求,系统具有较强的鲁棒性和抗干扰性,能够实现伺服系统的有效控制。     

直线电机伺服驱动特性研究

本文将直线电机用于中凸变椭圆活塞数控车削的X轴进给,设计了永磁直线电机伺服系统结构,建立了永磁直线电机的数学模型,采用PMAC的PID 速度/加速度前馈控制算法作为直线电机位置控制算法,将一弹簧阻尼施力装置加载于直线电机进给平台,用来模拟直线电机在加工中凸变椭圆活塞时所受切削力,试验结果验证了系统控制算法的合理性和可行性.     

基于干扰观测器的直线电机伺服系统PID轨迹跟踪控制

与传统的旋转电机相比,永磁同步直线电机伺服系统由于减少了滚珠丝杠、齿轮等一系列的中间传输环节,结构更加紧凑简单,精度可以进一步提高;但是与此同时,直线电机伺服系统更容易受到干扰,因此提高直线电机伺服系统的抗干扰性能有重要的意义。该文在参数辨识得到的系统模型基础上,采用PID与干扰观测器相结合的策略,以实时系统dSPACE作为控制器进行了实验。结果表明,与传统PID加PI串级控制相比,轨迹跟踪精度大幅提高,速度扰动得到很好的抑制。     

活塞数控车床刀具伺服系统的补偿控制

椭圆活塞的数控车削刀具伺服系统的频响和行程具有特殊的要求，介绍以自行研制的直线直线电机为驱动元件的刀具伺服系统，给出直线电机及闭环系统的传递函数，进行控制器的综合，根据活塞加工的特点，采用幅－相补偿控制，分析证明，该方法理论上可实现无差跟踪。正弦信号跟踪特性实验和实际活塞的试切结果表明，该方法应用简单，效果明显。     

永磁直线伺服系统模糊PI速度控制器研究

针对永磁直线同步电机伺服系统常规PI速度调节器动态响应慢、输出超调大等问题,提出了模糊自适应PI速度控制器,对比常规PI速度控制器进行了仿真和实验。基于永磁直线同步电机矢量速度闭环控制,分析了模糊PI速度控制器和基于模糊PI控制器的伺服矢量控制系统的结构,设计了模糊PI速度控制器,在Matlab/Simulink仿真环境下,建立了基于模糊PI速度控制器的永磁直线同步电机伺服系统仿真模型,并通过实际永磁同步直线电机伺服系统实验对仿真结果进行了实验验证。研究结果表明,模糊PI速度控制器,相对于常规PI控制器,可以明显降低超调量和调节时间。将仿真结果和试验结果对比,两者基本吻合,说明模糊PI速度控制确实可以较好地改善永磁直线同步电机伺服系统的动态性能。     

数控机床用直线电机伺服试验平台开发及应用

在分析数控机床用直线电机驱动伺服系统动态特性的基础上,概括了直线伺服系统抑制外部扰动、提高稳态精度、提高动态响应速率以及增强鲁棒性的先进控制策略,研制了数控机床用直线电机驱动伺服系统综合试验平台及其调试软件,最后,指出了直线电机在使用过程中其他一些值得关注的技术问题。     

基于LQR指标的直线伺服系统最优PID控制器设计

由音圈电动机驱动的直线伺服系统是实现非圆截面类零件数控车削加工的关键。基于二次型性能指标（LQR）设计了直线伺服系统的最优PID控制器。首先给出了直线伺服系统的双闭环PID控制结构，其次研究了基于二次型性能指标的数字PID参数最优整定方法。最后通过仿真实验验证了该控制方法的有效性。     

采用直线电机伺服系统的数控线切割放电加工机AQ360Ls

X．Y．U．V轴采用了沙迪克公司自行研制的直线电机。沙迪克公司在世界上率先将直线电机伺服系统应用于放电加工机,直线电机伺服系统具有传统的螺杆驱动结构无可比拟的高响应速度和精密定位功能。     

零传动机床的高速直线进给单元的伺服动刚度研究

通过对直线电机进给伺服系统的结构特点和组成原理进行分析,推导出直线电机进给系统控制模型,利用Matlab&Simulink软件对模型进行了仿真,并结合GD-3型直线进给单元的伺服刚度的实验研究,分析了控制参数对直线电机伺服刚度的影响规律.     

基于DSP的直线电机位置检测与控制技术

作为直线电机伺服控制系统的一个环节,位置检测是直线电机伺服控制的关键技术之一。在分析光栅信号检测及其输出信号的基础上,解决了使用DSP对光栅信号进行接收和处理的问题,提出了对其采样时的周期选择方法,同时,在PID算法的基础上制定了电机的控制方案,用以实现直线电机的高响应、高精度控制。     

直线伺服系统正交投影迭代学习控制器参数辨识与优化

针对高频响直线伺服系统前馈控制器参数的辨识问题,引入正交矢量投影的分析方法构建正交矢量基函数,将控制模型在基函数所构建的正交矢量空间中进行投影,采用迭代学习方法沿基函数轴方向进行前馈控制器参数迭代辨识并通过前馈进行补偿,将迭代学习控制方法从时域辨识拓展到正交矢量基函数空间领域。仿真与实验结果表明,该方法显著提高了直线伺服系统的位置跟踪精度和高速响应性能,满足高速高精度的要求。     

凸轮廓形的数控加工

在对封闭凸轮廓形的分析基础上研究了凸轮廓形的数控加工方法。将"旋转伺服电机+滚珠丝杠副"刀架进给系统与直线电机刀架进给系统进行对比认为:通用数控加工系统中常用的"旋转伺服电机+滚珠丝杠副"进给系统不能满足凸轮轴的高效高精度要求,从而提出采用直线电机进给系统,并指出了直线电机在设计和应用中存在的主要问题和解决方案。     

交流电机位置伺服系统的扰动补偿控制

针对交流电机伺服系统在未知负载条件下进行准确位置控制的需求,提出了一种参数化复合控制方案。该方案建立在交流电机磁场定向矢量控制构架的基础上,以转矩电流作为控制信号(电流内环的给定值),以电机转角位置信号作为可量测的系统输出量,设计了基于极点配置的状态反馈与扰动前馈补偿组成的参数化控制律,并利用一个降阶线性扩展状态观测器对电机转速(未量测)和未知负载扰动加以估计。该控制律通过TMS320F28335DSP编程,在一台永磁同步电机伺服系统上进行了实验测试,实验结果验证了伺服系统能在未知负载情况下对各目标位置进行平稳且准确地跟踪。研究结果表明,这种基于扩展状态观测器的复合控制方案可以有效地实现交流伺服系统的高性能位置调节,且对负载幅值和模型参数差异具有较好的鲁棒性。     

直线伺服电机在精密驱动与定位平台中的应用

以安川直线伺服电机在表面缺陷视觉检测系统中的应用为例,介绍了多轴直线伺服电机在精密驱动与定位平台中的应用技术,分析了直线伺服电机和伺服驱动器的定位与运动性能,论述了安川直线伺服电机驱动系统运行的实现方法,包括系统的初始化、编写运动程序,将HMI、运动控制器和PC组成局域网,实现三者之间数据查看与修改,及远程控制多轴电机运行、查看实时运行情况和对报警进行处理等功能。     

基于遗传算法的数控机床进给伺服系统模糊PID位置控制研究

文章针对电机引入的非线性、参数不确定性及对位置伺服系统快速定位和无超调的要求问题,提出了一种新的位置控制方法,即基于遗传算法的模糊PID位置控制。该方法结合遗传算法和模糊PID控制的优点,利用遗传算法优化模糊PID控制系统的模糊控制规则,通过模糊控制规则对PID参数进行实时修改。仿真结果表明,这种位置控制器具有良好的稳态精度和动态响应,与传统比例位置控制的伺服系统相比,具有良好的动态、稳态性能以及较强的鲁棒性。     

基于互补滑模的起重机械电机位置伺服控制

以提升起重机械电机位置控制响应精度为目标,提出基于互补滑模的起重机械电机位置伺服控制方法。通过构建起重机械电机数学模型,分析位置伺服控制器状态和机械运动状况,以固定结构控制位置响应的加、减速过程,以互补滑模变结构控制位置响应匀速过程,确定起重机械电机的速度曲线,利用阶梯型曲线逼近指数型曲线,实现起重机械电机速度控制,并设计三阶线性扩张状态观测器( ESO )预估位置伺服控制器的各状态量,消除伺服控制的噪声及抖振,提升起重机械电机的位置互补滑模伺服控制效果。实验结果表明,低速空载、负载下电流曲线光滑、无频率波动,该方法在不同给定脉冲下均可实现位置伺服控制的快速响应,定位准确度高且无超调,位置伺服控制效果突出。     

基于LMI的永磁直线电机H∞鲁棒控制器设计

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服控制中存在的模型摄动和外部干扰问题,保证闭环控制系统的鲁棒稳定和鲁棒性能,将基于状态反馈的H∞鲁棒控制器应用到永磁直线同步电机的速度环和电流环设计中,通过建立伺服系统鲁棒控制的状态空间模型,将H∞标准设计问题转化为线性矩阵不等式(LMI)的最优解求解问题,利用Matlab LMI工...