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X-Y数控平台直线电机重复跟踪控制
作 者: 王欢
导 师: 孙宜标
学 校: 沈阳工业大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 永磁直线同步电机 重复控制 H∞最优理论 周期性扰动 周期性输入信号
分类号: TM33
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
本文以辽宁省自然科学基金项目为背景,以X-Y数控平台单轴驱动永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统为研究受控对象,针对PMLSM“零传动”的结构特点,以及X-Y数控平台对伺服系统跟踪性能和鲁棒性的双重要求,传统的控制方法已经不能满足,因此本文将重复控制和H∞最优理论相结合来提高伺服系统跟踪周期性输入信号的性能;用离散重复控制来提高伺服系统跟踪多周期性输入信号的同时,来抑制外部扰动。本文以理论分析和计算机仿真相结合的研究方式,在第二章分析了PMLSM的数学模型,确定了系统采用id=0的矢量控制方法,为了提高系统的伺服刚度和鲁棒性能,速度控制器设计为伪微分前馈-反馈(PDFF)控制。由于X-Y数控平台对位移跟踪精度要求很高,特别当伺服系统跟踪周期性输入信号时伺服跟踪精度会明显降低,因此本文有针对性地设计能够抑制端部效应、负载扰动和不确定性的位移控制器,来提高跟踪周期性信号的精度。由于PMLSM直驱的结构特点,当PMLSM跟踪周期性输入信号时,其端部效应造成的与位移相关的周期性推力波动、参数变化和负载扰动会降低系统的伺服性能。针对这一问题在第三章设计了一种基于H∞最优理论的鲁棒位移重复控制器。将重复控制器中的延迟环节看作是一个稳定的摄动Δ1(s),把被控对象中包含的不确定性因素看作另一个摄动Δ2(s),故可将伺服系统看作是包含两个摄动的不确定系统,进而可以把鲁棒重复控制问题转化成H∞最优控制问题,使用H∞最优理论同时设计反馈控制器和重复控制器。这种控制方案不仅简化了控制器的设计过程而且还有效的提高了系统的跟踪精度和鲁棒性。另一方面由于PMLSM在跟踪不同周期的周期性输入信号时,即输入信号是两个不同周期的周期性信号的叠加,伺服系统跟踪周期性信号的精度降低,一般的重复控制对多周期性输入信号的跟踪效果差,所以需要对一般重复控制器进行改进。为此,在第四章设计了一种多周期离散重复控制器,采用两个改进型原型重复控制器不完全的并联形式来抑制\跟踪多周期输入信号,该方案有效提高了系统跟踪多周期性输入信号精度的同时,有效抑制了外部扰动。
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全文目录
摘要 5-7 Abstract 7-11 第一章 绪论 11-18 1.1 课题来源 11 1.2 本课题研究的意义和目的 11-13 1.2.1 课题研究意义 11-12 1.2.2 课题研究目的 12-13 1.3 直接驱动X-Y 数控平台国内外研究动态 13-16 1.3.1 直线电机在数控机床上应用 13-14 1.3.2 直接驱动X-Y 平台的研究动态 14 1.3.3 永磁直线电机伺服系统重复控制发展 14-16 1.4 论文主要研究内容 16-18 第二章 X-Y 数控平台直线电机概述 18-25 2.1 X-Y 数控平台结构 18 2.2 永磁直线同步电动机数学模型 18-23 2.2.1 永磁直线电机结构 19 2.2.2 永磁直线同步电动机数学模型 19-23 2.3 直线伺服系统的扰动分析 23-24 2.4 本章小结 24-25 第三章 永磁直线电机鲁棒重复控制器设计 25-45 3.1 插入式重复控制原理 25-27 3.2 PMLSM 鲁棒重复位移控制器设计 27-32 3.2.1 速度控制器PDFF 设计 27-28 3.2.2 位移一般重复控制器设计 28-29 3.2.3 PMLSM 鲁棒重复位移控制器设计 29-32 3.3 位移控制系统鲁棒重复控制器仿真研究 32-43 3.4 本章小结 43-45 第四章 永磁直线同步电机多周期离散重复控制器设计 45-61 4.1 基于PMLSM 离散重复控制系统 45-49 4.1.1 离散周期信号 45-46 4.1.2 离散重复控制系统 46-49 4.2 基于零相位的原型重复控制器 49-53 4.3 位移多周期离散重复控制器设计 53-56 4.4 位移多周期离散重复控制器仿真研究 56-60 4.5 本章小结 60-61 第五章 结论 61-62 参考文献 62-65 在学研究成果 65-66 致谢 66
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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 直流电机
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