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直线电机XY平台交叉耦合迭代学习控制

作　者: 张琳娜
导　师: 夏加宽；孙宜标
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 直线电机 XY平台 交叉耦合控制 迭代学习控制 鲁棒控制
分类号: TM359.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


轮廓精度是衡量XY平台运动控制系统的重要指标之一,永磁直线同步电动机驱动XY平台进行周期性轮廓加工时,会产生两种轮廓误差。第一种与加工周期相关,第二种与位移相关。迭代学习控制能削弱不同周期的周期性误差,为此将迭代学习控制与交叉耦合控制相结合来设计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轮廓误差,再通过迭代学习控制,按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实时补偿。但是此方法对第一周期的单轴误差改进效果不佳。为此对此方法进行改进,采用自适应鲁棒控制增强对第一周期轮廓误差的抑制效果。首先,针对直线电机驱动XY平台加工系统的特点和控制器设计的需要,分析三种加工轨迹的轮廓误差,建立了任意轨迹的实时轮廓误差估计模型。由于直线电机在加工过程中会受到端部效应﹑负载扰动及不确定的外界干扰,就此设计了直线电机XY平台的单轴控制器,提出了以位移重复控制器结合PDFF速度控制器的方法提高系统快速性﹑增强系统鲁棒性﹑减小单轴跟踪误差,达到间接减小轮廓误差的目的。仿真结果表明,单纯提高单轴的跟踪精度并不能从根本上解决双轴间的动态不匹配造成的轮廓精度不高的问题,而在系统受到外部干扰和负载变化的条件下,XY平台的轮廓精度的有很大下降。其次,针对单轴控制器不能完全解决动态不匹配对系统轮廓误差造成的影响,设计了单轴采用PDFF速度控制和位移重复控制,双轴采用交叉耦合迭代学习控制的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轮廓误差,再通过迭代学习控制,按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实时补偿。理论推导与仿真结果表明该方案对直线电机XY平台轮廓误差有很好的抑制效果,但对第一周期的轮廓误差抑制效果有待提高。最后,针对迭代学习控制和单轴位移重复控制对第一周期轮廓误差无抑制能力,单轴采用自适应鲁棒控制补偿轮廓误差效果并提高其鲁棒性。双轴依然采用实时轮廓误差估计模型估算轮廓误差,再通过交叉耦合迭代学习控制对轮廓误差进行补偿。理论推导与仿真结果表明设计的鲁棒交叉耦合迭代学习控制器能很好的抑制直线电机XY平台的轮廓误差。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 课题的背景及意义  11-12
  1.2 直线电机XY 平台发展概述及应用  12-14
    1.2.1 直线电机驱动系统发展概述  12-13
    1.2.2 直线电机XY 平台发展概况与应用  13-14
  1.3 直线电机XY 平台控制方法  14-17
    1.3.1 直线电机XY 平台单轴控制方法  14-15
    1.3.2 直线电机XY 平台轮廓控制方法  15-17
  1.4 本文的主要研究内容  17-18
第二章 直线电机XY 平台的数学模型与轮廓误差模型  18-26
  2.1 直线电机XY 平台数学模型  18-21
  2.2 直线电机XY 平台轮廓误差分析  21
  2.3 直线电机XY 平台轮廓误差建模  21-25
    2.3.1 直线轨迹轮廓误差模型  22
    2.3.2 圆形轨迹轮廓误差模型  22-23
    2.3.3 任意轨迹的实时轮廓误差模型  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 直线电机XY 平台单轴控制器设计  26-35
  3.1 PDFF 速度控制器设计  26-27
  3.2 位移重复控制器设计  27-29
  3.3 仿真与分析  29-33
  3.4 本章小结  33-35
第四章 直线电机XY 平台交叉耦合迭代学习控制器设计  35-44
  4.1 迭代学习控制  35-36
  4.2 直线电机XY 平台迭代学习交叉耦合控制器设计  36-38
  4.3 仿真与分析  38-43
  4.4 本章小结  43-44
第五章 直线电机XY 平台鲁棒交叉耦合迭代学习控制器设计  44-52
  5.1 自适应鲁棒控制器  45-46
    5.1.1 模型变换与条件假设  45-46
    5.1.2 自适应鲁棒控制器设计  46
  5.2 交叉耦合迭代学习控制器  46-48
  5.3 仿真与分析  48-51
  5.4 本章小结  51-52
第六章 结论  52-53
参考文献  53-56
在学研究成果  56-57
致谢  57

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 特殊电机 > 直线电机
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