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直线电机XY平台控制策略的研究

作　者: 刘鹏
导　师: 杨霞
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: XY平台交叉耦合控制重复控制零相位误差跟踪控制迭代学习控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

直线电机XY平台是数控机床的重要组成部分并且在数控机床领域得到了广泛的应用。轮廓精度是衡量XY平台运动控制系统的重要指标,在永磁直线同步电动机驱动XY平台进行周期性轮廓加工的过程中,会产生与加工周期相关的周期性轮廓误差并且受到与实际位移相关的周期性负载扰动等多种因素的影响。首先,本课题简述了直线电机XY平台先进控制策略在国内外的现状与发展前景,阐述了直线电机XY平台的工作原理及控制方法,本课题针对高精密轮廓加工,建立了永磁直线同步电机XY平台的数学模型;根据直线电机参数以及要达到的控制要求,分析了轮廓误差产生的原因并建立了实时轮廓误差估计模型。其次,根据直线电机XY平台的特点,对XY平台的单轴控制器进行设计,本课题所选用的单轴控制器是零相位误差跟踪控制器(Zero Phase Error Tracking Controller)、重复控制器(RC)以及PDFF控制器。第一,通过对XY平台单轴控制器的设计来减小单轴系统的跟踪误差,从而达到间接减小系统轮廓误差的目的;第二,基于XY平台实时轮廓误差估计模型对变增益交叉耦合控制器进行设计,并基于变增益交叉耦合控制器设计了变增益交叉耦合迭代学习控制器,利用实时轮廓误差估计模型估算出进给系统的轮廓误差,再通过迭代学习控制器按照交叉耦合增益的关系来分配X﹑Y轴的补偿量,实现对周期性轮廓误差的快速实时补偿。最后利用MATLAB完成了直线电机XY平台变增益交叉耦合迭代学习控制系统的建模与仿真。理论推导与仿真结果表明,零相位误差跟踪控制器、重复控制器以及PDFF控制器作为单轴控制器与变增益交叉耦合迭代学习控制器综合使用能够有效地提高直线电机XY平台的轮廓加工精度以及有效地实现系统的快速精确的跟踪性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 课题背景及意义  9-11
  1.2 直线电机驱动系统发展概述  11-12
  1.3 直线电机XY 平台控制方法  12-16
    1.3.1 XY 平台控制方法概况  12-13
    1.3.2 直线电机XY 平台单轴控制方法  13-15
    1.3.3 XY 平台轮廓控制方法  15-16
  1.4 本文研究的主要内容  16-18
第二章直线电机XY 平台的数学模型及轮廓误差分析  18-28
  2.1 永磁直线同步电动机XY 平台数学模型  18-20
  2.2 XY 平台的轮廓误差  20-22
  2.3 轮廓误差建模分析  22-27
    2.3.1 直线运动轨迹轮廓误差模型  22-23
    2.3.2 圆形轨迹轮廓误差模型  23-24
    2.3.3 任意轨迹实时轮廓误差模型  24-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 XY 平台单轴控制器设计  28-44
  3.1 ZPETC  28-31
    3.1.1 ZPETC 概述  28-29
    3.1.2 ZPETC 的设计  29-31
  3.2 重复控制  31-36
    3.2.1 重复控制的基本原理  31-32
    3.2.2 基本重复控制器的设计  32-34
    3.2.3 重复控制系统的稳定性  34-36
  3.3 PDFF 速度控制器设计  36-38
  3.4 仿真与分析  38-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章直线电机XY 平台的轮廓误差控制  44-56
  4.1 交叉耦合控制  44-45
  4.2 变增益交叉耦合控制系统  45-49
    4.2.1 变增益交叉耦合控制器的结构和工作原理  45-46
    4.2.2 变增益交叉耦合控制器设计  46-49
  4.3 XY 平台交叉耦合迭代学习控制  49-51
  4.4 仿真与分析  51-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章结论  56-57
参考文献  57-60
在学研究成果  60-61
致谢  61

直线电机XY平台控制策略的研究

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