学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
高速精密数控机床进给伺服系统的控制研究
作 者: 沈志英
导 师: 黄建龙
学 校: 兰州理工大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 数控机床 永磁同步电机 交流伺服系统 模糊PID控制
分类号: TG659
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 250次
引 用: 2次
阅 读: 论文下载
内容摘要
随着微电子技术、大规模集成电路制造工艺、计算机技术和现代控制理论的发展,交流电动机的控制技术、调速性能得到了不断提高,机床进给伺服系统在经历了开环的步进电动机系统、直流伺服系统两个阶段之后,已进入了交流伺服系统阶段,交流伺服系统已取得了主导地位。本文以数控机床交流伺服系统为研究对象,首先利用矢量控制理论建立了永磁同步电机的线性解耦数学模型,在此基础上,建立了电流环、速度环、位置环三闭环的PID控制系统,根据控制理论对各个环节的PID参数进行分析、设计及整定,并在Matlab/Simulink软件下进行动态仿真,验证了整个系统设计的正确性和合理性。针对数控机床的精度要求,在动力学理论的基础上建立了机械系统的等效数学模型,将其与伺服驱动的数学模型相串联,构成一个全闭环高阶系统的控制模型。利用软件Matlab对系统位置控制进行参数整定,且对系统的变参数进行了仿真分析,同时针对此数控系统可能出现的谐振问题,提出一些控制策略去解决此问题。在交流伺服系统中,由于数控机床进给伺服系统的非线性和各种时变因素的存在,会影响伺服系统的控制性能,采取传统的控制策略已经不能满足其需求,为此提出采取模糊PID控制方案解决此问题。该控制器是将常规PID控制的稳定型与模糊控制的简便性、灵活性及鲁棒性融为一体,构造了一个自整定模糊PID控制器。仿真结果表明,采用模糊PID控制对机械系统的变参数性及外部扰动具有较好的抑制作用。
|
全文目录
摘要 8-9 Abstract 9-10 插图索引 10-12 插表索引 12-13 第1章 绪论 13-19 1.1 概述 13-16 1.1.1 数控机床发展史 13-14 1.1.2 数控机床的发展趋势 14-16 1.2 国内外数控机床发展现状 16-17 1.2.1 国外数控机床发展现状 16 1.2.2 国内数控发展现状 16-17 1.3 本课题研究的目的和意义 17-18 1.4 本课题研究的主要内容 18-19 第2章 机床的进给伺服系统 19-28 2.1 数控机床进给伺服系统 19-20 2.2 伺服系统模型的简化 20 2.3 伺服驱动装置 20-23 2.3.1 步进电动机 21 2.3.2 直流电动机 21-22 2.3.3 交流电动机 22 2.3.4 直线电机 22-23 2.3.5 步进、直流、交流和直线电机的应用比较 23 2.4 进给机械传动装置 23-27 2.4.1 齿轮或带轮传动副 24-25 2.4.2 滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副 25-27 2.4.3 静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副 27 2.5 结论 27-28 第3章 永磁同步电动机矢量控制的数学模型 28-35 3.1 永磁同步电动机的结构和种类 28-29 3.1.1 永磁同步电机的分类 28 3.1.2 永磁同步电动机的结构 28-29 3.2 矢量控制原理及坐标变换 29-32 3.2.1 矢量控制原理 29-30 3.2.2 矢量控制方法 30 3.2.3 坐标变换 30-32 3.3 永磁同步电动机的数学模型 32-34 3.3.1 三相静止坐标下电动机的基本方程 32-33 3.3.2 永磁同步电机的d 、q 模型 33-34 3.4 结论 34-35 第4章 交流伺服系统的设计及参数整定 35-49 4.1 电流环的设计与整定 35-38 4.1.1 电流环动态结构的简化 36-38 4.1.2 电流调节器设计 38 4.2 速度控制环的设计与整定 38-41 4.2.1 速度控制环结构的简化 39-40 4.2.2 速度控制环的高精度设计 40-41 4.3 位置控制环的设计与整定 41-43 4.3.1 位置环的设计 41-42 4.3.2 位置环的整定 42-43 4.4 数控机床伺服控制系统三环整定计算及仿真 43-49 第5章 伺服机械传动装置及高阶系统的仿真 49-58 5.1 机械传动机构的数学模型 49-52 5.1.1 机械传动机构的等效动力学模型 49-50 5.1.2 机械参量的折算 50-51 5.1.3 机械传动机构的传递函数 51-52 5.2 数控机床伺服进给系统机械参量的计算 52-54 5.3 数控机床全闭环伺服进给系统模型的建立及高阶仿真 54-55 5.4 机械谐振系统的控制策略 55-57 5.5 结论 57-58 第6章 伺服进给系统模糊 PID 控制 58-72 6.1 模拟 PID 控制实现原理 58-60 6.2 数字 PID 控制原理 60 6.3 模糊控制基本原理 60-62 6.4 模糊 PID 控制器在伺服进给系统中的应用 62-68 6.4.1 模糊 PID 自整定控制器的设计 63-64 6.4.1.1 模糊 PID 参数自整定控制器的结构 63 6.4.1.2 PID 初始参数的设定 63-64 6.4.2 输入输出变量隶属函数确定 64-66 6.4.3 模糊控制规则表的建立 66-68 6.5 系统仿真模型 68-71 6.6 结论 71-72 总结与展望 72-74 总结 72 展望 72-74 参考文献 74-77 致谢 77-78 攻读学位期间所发表的学术论文 78
|
相似论文
- 分数槽集中绕组永磁同步电机参数化设计研究,TM341
- 电动车用复合结构永磁同步电机系统的仿真研究,TM341
- 永磁同步电机转子初始位置估计,TM341
- 电动车用轴径向—轴向磁通复合结构永磁同步电机的研究,TM341
- 半导体激光器温度控制系统的研究,TP273
- 基于DSP的永磁同步交流伺服电机控制系统研究,TM383.42
- 多层共挤流涎成形过程温度控制技术研究,TQ320.721
- 基于控制方法的粒子群算法改进及应用研究,TP301.6
- 一体化能量回馈电梯驱动控制系统实现,TP273
- 数控机床精度快速评定装置的研制,TG659
- 基于STM32的空调压缩机无位置传感器矢量控制,TB652
- 工业平缝机驱动控制系统的设计与实现,TP273
- 基于自适应控制和模糊控制的并条机自调匀系统的研究,TS103.3
- 电动执行机构伺服驱动系统开发,TM921.541
- 城市轨道交通供电系统再生电能利用技术研究,TM922.3
- 基于PLC的脉冲磁体绕线机伺服电机控制系统的设计与实现,TP273
- 数控加工中心龙门悬浮气隙的自抗扰控制研究,TG659
- 数控加工中心龙门同步磁悬浮系统的控制研究,TP273
- 三相永磁同步电机伺服控制系统设计与仿真,TM341
- 家用电器用三相变频调速永磁电动机的研究,TM351
- 电动汽车用永磁同步电机设计及关键技术研究,TM341
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
© 2012 www.xueweilunwen.com
|