基于TMS320F2812的永磁直线电机伺服控制研究

针对DSP芯片TMS320F2812用于采集编码器脉冲的计数最大值小于反馈的总脉冲数最大值,以及伺服控制中的跟踪误差等问题,将偏差累加法和前馈控制运用到伺服控制中。开展了电机角度的处理和位置跟踪精度的分析,建立了电机电角度和脉冲数,以及跟踪误差和前馈系数之间的关系,在安装了分辨率为0.5μm海德汉增量式光栅的永磁直线同步电机平台上,只通过在软件上采取P+前馈补偿来提高伺服控制系统的性能,而不需要采用额外的计数芯片或采用更高级的DSP。基于Simulink搭建了电机控制系统的模型,仿真分析了3种给定位置曲线下系统的跟踪误差情况,并对梯形加减速位置给定曲线进行了实验验证。研究结果表明,P+前馈补偿控制可以大大减小位置跟踪误差。     

直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制器设计

为了实现直线电机精密定位平台的位置和速度的轨迹跟踪控制,本文基于内模控制（IMC）的基本原理,在直线电机精密定位平台参数辨识的基础上,设计了定位平台速度环的模型状态反馈（MSF）控制器和基于位置环PID和速度环MSF的级联控制器。将PID/MSF级联控制器与速度/加速度前馈控制（VFC/AFC）相结合,构成了PID/MSF+VFC/AFC的复合轨迹跟踪控制器。该复合轨迹跟踪控制器通过整定速度前馈的增益来改善位置环偏差控制的跟踪滞后现象和动态响应,增加控制系统的稳定性和伺服精度;通过整定加速度前馈的增益在不减小级联控制器位置环增益的前提下,减小速度前馈带来的超调量,提高轨迹跟踪精度。基于MATLAB/dSPACE实时仿真控制平台,实现了某直线电机平台的轨迹跟踪控制。仿真和实验结果表明,该轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪精度为±0.028 mm,定位精度为±4 μm,满足直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制的要求。     

伺服作动器动态加载控制系统研究

针对伺服作动器动态加载测试需求,提出由直线电机驱动增力模块对伺服作动器进行动态加载,建立了加载系统的数学模型,并设计了加载系统多闭环与前馈的复合控制方案。其中,基于前馈控制减小系统相位滞后;针对加载过程中因伺服作动器系统位置闭环控制对加载系统产生的强位置干扰,基于结构不变原理进行前馈补偿以抑制多余力;针对加载系统位置环受到不确定的位置干扰问题,将模糊自适应PID用于加载系统力闭环控制,通过实时调节PID控制参数,降低位置干扰对加载系统造成的影响,提高系统的适应能力。仿真试验结果表明,加载系统具有良好的动态跟踪品质,在基于结构不变性原理的前馈补偿控制下大部分多余力得到了有效的抑制,而模糊PID相比传统PID控制,进一步抑制了多余力、减小了力跟踪误差。     

伺服作动器加载控制系统设计与实验

针对伺服作动器的力加载测试需求,提出基于直线电机的电动加载控制方案。首先建立了加载系统与伺服作动器系统的数学模型,然后,为改善系统特性,提高加载控制精度,采用多闭环加载控制方案,并基于结构不变性原理引入位置前馈补偿抑制多余力;最后通过实验测试验证了加载控制方案的可行性与有效性。     

基于PCI的直线伺服控制系统在非圆加工中的应用研究

快速伺服刀架是非圆加工过程中非圆截面生成的关键部件,要求控制系统具有很高的响应频率和实时性能。文章设计了一种基于PCI总线的直线伺服控制系统,采用双口RAM进行DSP与上位机之间的高速通信,并实现快速刀架的精密位置跟踪控制。对控制器的硬件结构及软件系统进行了设计,实验结果表明设计的直线伺服控制系统能够满足非圆加工的需求。     

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。     

基于模型参考自适应控制的直线电机位置控制

针对直线电机的强非线性和时变特性,采用模型参考自适应控制(MRAC)方法对SISO直线电机闭环位置控制器进行了研究。利用偶极子对消建立了简化的永磁直线电机二阶数学模型,提出了基于局部参数最优化MIT(梯度)方案和全局稳定性理论的Lyapunov方案下的二阶直线电机位置模型参考自适应控制器,并对自适应控制器下的直线电机闭环系统稳定性进行了分析研究。在相同的前馈加反馈的控制器下,对这两种方案下的实验结果进行了对比分析。研究结果表明,基于Lyapunov第二方法设计的二阶控制器比MIT方法下的二阶控制器更能实现对三阶点到点轨迹输入信号的快速响应和跟踪,证实了直线电机位置自适应控制的有效性。     

直线伺服系统时滞参数辨识与补偿研究

为解决直线伺服固有时滞特性对轨迹跟踪性能的影响,以典型的前馈加反馈二自由度控制结构为基础,分析直线伺服时滞特性对其轨迹跟踪精度的影响。在此基础上设计了前馈环节上的时滞控制器,之后针对时滞控制器位于前馈通道时作为一个超前环节控制上无法实现的问题,将时滞参数分为两部分,分别调节理想轨迹指令按照整数倍伺服周期延时及前馈控制信号滤波延时以达到时滞补偿的目的,引入牛顿迭代寻优进行最优时滞参数辨识。仿真与试验结果表明,在前馈加反馈二自由度控制的基础上加入时滞控制器可以有效减小直线伺服系统的闭环位置跟踪误差,特别是显著减小非零加加速度段的闭环位置跟踪误差,提高轨迹跟踪性能。     

2m望远镜主轴交流伺服控制系统设计

为了满足2m口径望远镜低速跟踪精度的要求,本文主要介绍了基于永磁同步力矩电机的望远镜交流伺服控制系统设计方法,首先,辨识出了系统结构的频率特性曲线;其次,根据系统的频率特性曲线设计了结构滤波器,以减小结构模态引起的谐振幅值;然后,根据系统的控制性能指标要求,设计了位置回路控制器和前馈控制器,以提高系统的位置跟踪性能;最后,在设计的硬件平台上进行了望远镜转台的低速控制实验。实验结果显示,当望远镜跟踪斜率为0.36″/s的位置斜坡曲线时,速度平稳性较好,位置跟踪误差RMS为0.006 1″,实现了极低速度跟踪的效果;在速度为5°/s,加速度为2°/s2条件下的正弦引导最大误差值为0.3″,稳态误差RMS值为0.066″。实验结果表明,2m口径望远镜交流伺服系统的设计满足了系统跟踪精度的要求,为大型望远镜交流伺服控制系统的设计提供了一定的参考。     

直线电机伺服进给控制系统的设计

针对传统数控机床旋转电机+滚珠丝杆进给方式中所表现出来的精度低、效率低等缺点,设计一种基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)的直线电机伺服进给控制系统,重点分析了控制系统的数学建模及其控制策略,完成了控制系统硬件平台的搭建和软件程序流程的设计。采用电流前馈控制算法,实现对直线电机电流的精确解耦,在传统PID算法中加入模糊控制,实现对电机速度和位置的准确控制,在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真,并进行现场调试和功能验证。仿真和实验结果表明,该控制系统能有效提高数控机床进给速度及定位精度,并且结构简单以及具有良好的功能扩展性。     

参数在线辨识的交流位置伺服系统前馈控制

研究了基于前馈控制的交流位置伺服系统的轨迹跟踪控制问题。提出一种自适应模型参数在线辨识的改进方法,用以快速、有效地辨识出模型参数的变化,并应用到前馈控制器中。研究结果表明,基于模型参数在线辨识的前馈控制可以实现位置伺服系统的高速、高精度跟踪控制。     

Double Position Servo Synchronous Drive System Based on Cross-Coupling Integrated Feedforward Control for Broacher

Synchronization errors directly deteriorate the machining accuracy of metal parts and the existed method cannot keep high synchronization precision because of external disturbances. A new double position servo synchronous driving scheme based on semi-closed-loop crosscoupling integrated feedforward control is proposed. The scheme comprises a position error cross-coupling feedforward control and a load torque identification with feedforward control. A digital integrated simulation system for the dual servo synchronous drive system is established.Using a 20 t servo broacher, performance analysis of the scheme is conducted based on this simulation system and the simulation results show that systems with traditional parallel or single control have problems when the worktable works with an unbalanced load. However, the system with proposed scheme shows good synchronous performance and positional accuracy. Broaching tests are performed and the experimental results show that the maximum dual axis synchronization error of the system is only 8 μm during acceleration and deceleration processes and the error between the actual running position and the given position is almost zero. A double position servo synchronous driving scheme is presented based on crosscoupled integrated feedforward compensation control,which can improve the synchronization precision.     

电液马达伺服系统积分鲁棒自适应高精度位置控制

电液马达伺服系统中存在各种类型的扰动,包括参数不确定性和不确定非线性,制约着其高精度位置控制。针对电液马达伺服系统高精度位置跟踪控制,考虑系统的黏性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性,提出了一种基于鲁棒自适应的电液马达伺服系统高精度位置控制策略。所提出的全状态控制器通过自适应对模型不确定性进行估计及前馈补偿,提高了系统的低速伺服性能;通过自适应对未建模干扰等不确定性的上界进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。所设计的闭环控制器还能保证系统获得渐近跟踪性能,对比仿真验证了其可行性。     

基于前馈控制的交流伺服系统高速定位控制

在要求高速、快响应的交流伺服定位系统中,采用传统PID控制很难实现高速定位.为解决此问题.在设计出包括位置环、速度环和电流环的三闭环PID伺服控制系统的基础上,引入电流环和速度环的前馈控制来提高定位控制的性能.通过仿真验证了前馈控制在指令信号跟踪方面的良好效果,然后设计出实验系统,进行了与普通PID伺服控制系统的对比实验.结果表明,引入前馈控制的PID伺服控制系统可以实现交流伺服系统的高速定位控制.     

含前馈补偿和微分反馈的数控位置伺服系统

数控位置伺服系统的前馈控制具有动态响应快、跟踪精度高、实用性高等特点,在位置跟踪数控伺服系统中应用广泛,但对数控伺服系统的位置阶跃响应作用不明显,且超调量大。为此,提出在位置前馈控制的基础上,引入位置环微分负反馈的新型控制策略。在伺服系统位置环增加微分负反馈后,对前馈控制函数进行修正,使微分负反馈控制既能保证系统实现无超调快速响应,又不影响位置前馈跟踪性能。仿真和实验结果验证了该方法的可行性和有效性,表明该新型控制方法适用范围广,响应速度快,超调量小,具有很高的工程实用价值。     

基于多自由度气动机械手位置伺服系统稳定性控制研究

基于传统易碎薄板机械手位置伺服控制系统稳定性低、自动化分拣效率低等不足,设计了一种基于笛卡尔坐标式的气动码垛机器手和位置伺服稳定性控制系统。首先,设计并介绍笛卡尔坐标式码垛机械手的基本组成结构,对机械手末端吸盘气动回路控制系统进行设计和分析;然后分别对机械手X、Y、Z三个方向的伺服电机控制原理进行分析并设计了一种位置伺服系统的前馈自适应控制算法;最后,将传统位置闭环PID算法和前馈自适应控制算法进行位置跟踪稳定性对比试验。实验结果表明该笛卡尔坐标式的气动码垛机器手和位置伺服稳定性控制系统设计合理,满足实际生产要求。     

基于前馈及自适应滤波的零跟踪误差伺服控制

常规进给数控伺服系统中由于存在跟随误差而导致加工几何精度下降的现象,利用数控加工轨迹已知的特点,提出了基于自适应滤波的前馈控制方案.该方案通过速度精插补器产生速度前馈给定信号;同时该位置给定通过对称滤波器施加位置反馈,以消除位置环重复给定的影响,并采用广义最小二乘法进行对象辨识以保证该滤波器的参数匹配.通过分析证明了该方案能在理论上实现无跟随误差的伺服控制,并通过Matlab仿真验证了其有效性.     

基于扰动前馈补偿的超精密机床伺服控制技术研究

为消除超精密机床伺服系统中各种扰动力矩及系统参数波动对控制系统性能的影响,研究了基于扰动前馈补偿与反馈技术相结合的控制方法。利用扰动前馈控制器实时补偿系统中的扰动力矩,而利用常规反馈控制器保证了系统的良好的动态特性,并将其应用于实际系统中。实验表明该控制策略使系统跟踪速度信号时对各种扰动有良好的抑制能力,系统的最大稳态跟踪误差小于±20nm。