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数控机床交流伺服控制系统的设计与仿真

作　者: 李琳
导　师: 曾孟雄
学　校: 三峡大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 数控机床交流伺服系统参数优化 PID控制自适应模糊控制
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 14次
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内容摘要

以交流永磁同步伺服电动机(PMSM)为驱动元件的伺服系统是数控装置与机床之间的连接环节。本文以数控机床交流伺服系统为研究对象,建立了电流、速度、位置三闭环的PID控制模型,应用PID优化理论及模糊自适应理论对PID参数进行整定优化,并用MATLAB/SIMULINK进行动态仿真、计算,仿真结果表明采用上述方法提高了数控机床交流伺服系统设计整定的效率和精度、改善了系统动态响应性能。本文首先从交流永磁同步电动机数学模型入手,对永磁同步电动机的工作原理以及矢量控制思想进行了说明,建立了交流永磁同步电动机的控制模型及数控机床交流伺服系统的电流、速度、位置三闭环结构仿真模型,并根据控制原理对三环结构的PID调节器参数进行设计整定及仿真,验证了整个系统设计的正确性。接着采用基于系统综合性能指标的最优PID整定算法,分别比较了3种常见的优化准则对PID调节器的优化结果,得出结论:广义误差平方积分性能指标IGISE更适合作为永磁同步电动机交流伺服系统的优化准则,为数控伺服系统的参数优化整定提供了平台和方法。然后分析了数控进给系统的模型,针对高精度数控机床的要求,构建一种基于MATLAB语言的、对高阶伺服系统控制模型进行计算机辅助设计与仿真的现代分析方法,它能更精确、更方便地反映高阶系统的时域和频域特性以及多参数变化对系统性能的影响。最后为解决控制对象具有非线性、时变性、随机性与模糊性及难以建立精确数学模型的问题,将一种参数在线自校正模糊控制器引入数控机床交流伺服系统中,该控制器可以根据测量得到的偏差e及偏差的变化率ec在线自动整定PID控制器的三个参数。采用上述方法后,可以显著提高控制系统的鲁棒性,大大降低跟踪误差。本论文的研究结果为设计和调试数控加工伺服系统提供了更多的方法和思路。

全文目录

内容摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-9
1 绪论  9-14
  1.1 数控系统和伺服驱动技术  9-10
  1.2 交流伺服系统相关领域的发展概况  10-12
  1.3 数控机床交流伺服系统的研究现状  12-13
  1.4 本文的主要内容和意义  13-14
2 交流永磁伺服电动机的数学建模  14-21
  2.1 永磁同步电动机的结构和种类  14
  2.2 永磁同步电动机的数学模型  14-20
  2.3 本章小结  20-21
3 数控交流伺服控制系统设计及参数整定  21-38
  3.1 电流环的设计整定  21-24
  3.2 速度环的设计整定  24-26
  3.3 位置环的设计整定  26-27
  3.4 数控高速铣齿机床伺服控制系统三环整定计算及仿真  27-32
  3.5 基于系统综合性能指标的最优 PID 参数自整定  32-36
  3.6 本章小结  36-38
4 数控机床进给伺服系统模型及高阶伺服系统的控制与仿真  38-46
  4.1 数控机床机械进给装置数学模型  38-40
  4.2 数控高速铣齿机床 Z 向伺服进给部分机械特性参数  40-41
  4.3 数控进给伺服系统数学模型  41-42
  4.4 基于MATLAB 的高阶伺服系统控制与仿真  42-45
  4.5 本章小结  45-46
5 PID 参数自适应模糊控制算法在交流伺服系统中的应用  46-62
  5.1 基于模糊控制器的伺服控制系统基本结构  46
  5.2 模糊控制器的基本结构及工作原理  46-48
  5.3 常规模糊控制器的设计  48-52
  5.4 自适应模糊控制器  52-55
  5.5 自适应模糊控制方法在数控高速铣齿机床中的应用  55-61
  5.6 本章小结  61-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 全文总结  62
  6.2 发展展望  62-64
参考文献  64-68
后记  68-69
附录  69

数控机床交流伺服控制系统的设计与仿真

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