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基于遗传算法的直接驱动X-Y平台变增益交叉耦合控制研究

作　者: 庞月
导　师: 王丽梅
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 永磁直线同步电机 X-Y平台 遗传算法 变增益交叉耦合控制 轮廓控制
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着高精度复杂型面零件加工的需求不断增长,轮廓精度已成为数控系统的重要精度指标之一。由两台永磁直线同步电机直接驱动的X-Y平台,消除了传统驱动方式存在的响应慢、摩擦大等问题,在数控机床中具有代表性,对提高数控系统的加工精度和性能具有重要作用。因此为了改进X、Y轴间的协调控制来消除或改进系统的轮廓误差,并提高直接驱动X-Y平台系统的整体性能,就需要设计轮廓控制器来实现。本文针对永磁直线同步电机直接驱动的X-Y平台伺服系统易受到系统动态非线性、系统不确定性因素以及曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂等问题影响的特点,在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,并采用遗传算法搜寻系统中的PD及PID控制器参数值,以提高直接驱动X-Y平台伺服控制系统的轮廓精度。首先,根据X-Y平台的工作原理分析建立其数学模型,设计了单轴速度控制器和位置控制器使X、Y轴的轨迹误差达到可控范围内的最小值,以间接的减小轮廓误差。设计了单轴独立反馈的X-Y平台轮廓控制方法,以提高X-Y平台的轮廓精度与动态性能,并通过仿真结果进行分析。其次,根据X-Y平台的轮廓误差分析建立轮廓误差模型,在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,其可以根据各轴的反馈信息和插补值,实时的修正轮廓误差模型的增益,以寻求最佳补偿率并将补偿修正信息反馈给各轴,从而达到补偿轮廓误差的目的。对于非线性轨迹的跟踪控制进行仿真并分析。最后,针对变增益交叉耦合控制器的参数寻优问题,引入遗传算法,它是一种不需要任何初始信息并可以寻求全局最优解的、高效的优化组合方法。未引入遗传算法之前,通常使用试凑法来确定变增益交叉耦合控制器的参数,这不仅需要专业人员的经验及大量的时间,而且其搜寻结果不一定是系统最优值。利用遗传算法编写程序,可以搜寻出X-Y平台系统中的7个最佳PD及PID控制器参数值,放于记忆表中,对不同轨迹跟踪时以便快速查表搜寻出最优解。本文以KOLLMORGEN公司生产的IC11-050系列中有铁芯的永磁直线同步电机为控制对象,并利用MATLAB软件对上述控制策略进行仿真研究及分析。理论推导与仿真结果表明,基于遗传算法的变增益交叉耦合控制器能有效的提高X-Y平台的轮廓加工精度,使永磁直线同步电机直接驱动的X-Y平台达到高精度轮廓加工要求。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 X-Y平台的研究意义  11-12
  1.2 X-Y平台的发展与应用  12
  1.3 X-Y平台的控制方法  12-15
    1.3.1 PMLSM的控制方法  12-14
    1.3.2 X-Y平台的轮廓控制方法  14-15
  1.4 本文的主要研究内容  15-17
第二章 X-Y平台的数学模型及轮廓误差分析  17-31
  2.1 PMLSM的工作原理及数学模型  17-23
    2.1.1 PMLSM的工作原理  17-19
    2.1.2 坐标变换  19-22
    2.1.3 矢量控制技术  22-23
  2.2 X-Y平台的数学模型  23-26
  2.3 X-Y平台的轮廓误差分析  26-30
    2.3.1 轮廓误差概念  26-27
    2.3.2 影响X-Y平台轮廓精度的因素  27-29
    2.3.3 提高X-Y平台轮廓精度方法  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 X-Y平台的单轴独立反馈轮廓控制  31-38
  3.1 X-Y平台的单轴控制器设计  31-34
    3.1.1 IP速度控制器设计  31-33
    3.1.2 PD位置控制器设计  33-34
  3.2 单轴独立反馈传统PD控制  34-35
  3.3 仿真与分析  35-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章 X-Y平台的变增益交叉耦合轮廓控制  38-47
  4.1 交叉耦合控制工作原理  38
  4.2 轮廓误差模型  38-39
  4.3 变增益交叉耦合控制器设计  39-42
  4.4 仿真与分析  42-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章 基于遗传算法的X-Y平台轮廓控制  47-59
  5.1 遗传算法工作原理  47-51
  5.2 X-Y平台的最优参数搜寻  51-54
    5.2.1 遗传算法控制器设计  51-52
    5.2.2 遗传算法程式设计  52-54
  5.3 仿真与分析  54-58
  5.5 本章小结  58-59
第六章 结论  59-60
参考文献  60-62
在学研究成果  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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