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直线电机系统分析与H_∞鲁棒控制

作　者: 禹新路
导　师: 李泽湘
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 高速高精度力涌补偿 H_∞合成优化
分类号: TM359.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

相对于传统旋转电机系统,直线电机驱动系统可以提供更高的速度和加速度能力,因此在半导体设备邦定机中应用已经很广泛。但是,在高加速度状态下工作的直线电机系统受到各种系统不确定性的影响,而且直线电机本身的推力波动也会影响最终的定位精度。本文分析了直线电机的力涌现象和系统的不确定性,把力涌现象分为随位置变化的力涌和根位置无关的力涌。本文对基于位置的力涌进行了检测和补偿,而对于跟位置无关的力涌波动,则需要用鲁棒控制器进行抑制。之后,对含有力涌补偿回路的系统进行辨识,由于直线电机系统不会由于信号的冲击而受到破坏,所以在辨识过程中采用伪随机序列作为理想的辨识输入信号,得到5阶系统模型来显现系统不确定因素。根据此高阶模型,使用H_∞合成优化技术设计了能够容忍各种机械不确定性和电机制造不确定性的内环速度环鲁棒控制器,外环位置环控制器则采用PI控制器+前馈的方案来保证定位精度。仿真和实验结果表明该系统可以获得高速高精度的响应性能,从而满足半导体设备的需要。在结论中,总结了本人的一些关于直线电机应用的经验。基于目前的工作,还有很多事情比如摩擦补偿还需进一步研究。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
ACKNOWLEDGEMENTS  5-11
CHAPTER 1 INTRODUCTION  11-15
  1.1 BACKGROUND  11-13
    1.1.1 Linear motor  12-13
    1.1.2 Force ripple and motion control of linear motor  13
  1.2 SIGNIFICANCE  13-14
  1.3 RESEARCH CONTENT  14
  1.4 SOURCE OF THE RESEARCH  14-15
CHAPTER 2 SYSTEM CONFIGURATION  15-22
  2.1 ACTUATOR  15-17
  2.2 POWER AMPLIFIER  17-22
    2.2.1 Danaher SERVOSTAR driver  17-20
    2.2.2 Elmo Cornet driver  20-22
CHAPTER 3 FORCE RIPPLE DETECTION AND COMPENSATION  22-30
  3.1 FORCE RIPPLE DETECTING OF THE SMART MOTION LINEAR MOTOR  23-29
  3.2 CONCLUSION  29-30
CHAPTER 4 SYSTEM MODELING AND IDENTIFICATION  30-42
  4.1 INTRODUCTION  30-31
  4.2 THE METHOD OF SYSTEM IDENTIFICATION  31-35
    4.2.1 The procedure of system identification.  31-33
    4.2.2 System identification toolbox  33
    4.2.3 Selection of model structure  33-35
  4.3 EXPERIMENT DESIGN OF SYSTEM IDENTIFICATION  35-39
    4.3.1 Multi-Sins signals  36
    4.3.2 Chirp Signals or Swept Sinusoids  36-37
    4.3.3 Pseudo-Random Binary Signal  37-39
    4.3.4 Choice of the input signal  39
  4.4 SYSTEM IDENTIFICATION AND MODEL VALIDATION OF LINEAR MOTOR  39-41
    4.4.1 System identification  39-40
    4.4.2 Validation of the model  40-41
  4.5 CONCLUSION  41-42
CHAPTER 5 CONTROLLER DESIGN  42-60
  5.1 ROBUST CONTROL THEORY  42-47
    5.1.1 Introduction of robust control  42-43
    5.1.2 The H∞controller  43-45
    5.1.3 Singular-Value Loop-Shaping: Mixed-Sensitivity Approach  45-47
  5.2 THE MAJOR UNCERTAINTY AND DISTURBANCE OF THE SYSTEM  47-54
    5.2.1 Uncertainties in the motor  47-51
    5.2.2 Uncertainty of the mechanism  51-54
  5.3 CONTROLLER DESIGN OF THE LINEAR MOTOR SYSTEM.  54-59
    5.3.1 The robust velocity loop controller design  54-56
    5.3.2 The PI position controller design  56
    5.3.3 Simulation and experiment  56-59
  5.4 CONCLUSION  59-60
CHAPTER 6 CONCLUSION  60-62
  6.1 CONCLUSION OF THE THESIS  60
  6.2 FUTURE WORK  60-62
REFERENCE  62-66

直线电机系统分析与H_∞鲁棒控制

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