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数控加工中心龙门同步磁悬浮系统的控制研究

作　者: 邢银龙
导　师: 刘春芳
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 数控机床悬浮系统 模糊控制 自适应控制 同步控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


龙门移动式数控机床是现代工业加工领域的主要加工设备,其加工精度在一定程度上影响着工业零部件和设备的精度,在现阶段影响加工精度的主要因素是移动横梁与固定导轨之间存在摩擦,为了彻底消除摩擦,本文将磁悬浮技术应用到龙门移动式数控机床中,使横梁悬浮于导轨上方,从本质上消除摩擦,提高加工精度。同时,龙门移动式数控机床横梁悬浮系统属于同步悬浮,本文针对线性悬浮系统和非线性悬浮系统分别设计了同步控制器,保证横梁两端同步悬浮,进一步提高加工精度。首先,查阅了大量国内外相关文献,对磁悬浮技术及应用、同步控制及应用、数控机床系统有了深刻的了解;在参考前人的研究基础上建立机床悬浮系统的数学模型,并进行稳定性分析,从理论上证明了本系统是个非线性不稳定系统。其次,针对非线性系统进行平衡点展开线性化,对线性化后的单悬浮系统设计PID与干扰观测器结合的单回路控制器,实现单悬浮系统稳定悬浮后,对双悬浮线性系统设计T-S模糊同步控制器,仿真结果表明,此种控制方案能够实现稳定的同步悬浮。再次,由于线性化后的系统会带来模型原始误差,为了更接近真实的系统,本文针对非线性单悬浮系统设计了两种具有自调整能力的模糊控制,一种方法是改变模糊控制器中的量化比例因子;另一种方法利用优化函数来改变模糊控制。这两种方法都能根据输入量的变化,实时调整控制器的参数。仿真结果表明,自调整量化比例因子模糊控制具有较快的响应速度,基于优化函数模糊控制对干扰的抑制能力较强。最后,针对非线性同步悬浮系统设计了两种同步控制方案,一种方案采用双闭环与前馈控制作为非线性系统的单回路控制器,采用模糊同步控制作为同步控制器;另一种方案采用模糊自适应控制作为非线性系统的单回路控制器,采用交叉耦合控制作为同步控制器。仿真结果表明,双闭环前馈模糊同步控制对干扰具有较强的抑制能力,交叉耦合同步控制具有较快的响应速度。两种控制方案均有良好的同步性能。本文针对线性悬浮系统和非线性悬浮系统所设计的控制器,能够实现横梁的稳定悬浮,彻底消除摩擦,实现高定位精度和高同步精度,满足高加工精度要求。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 研究课题的背景及意义  11
  1.2 磁悬浮发展及应用  11-13
    1.2.1 磁悬浮的发展  11-12
    1.2.2 磁悬浮技术应用  12-13
  1.3 同步控制  13-16
  1.4 本课题研究的内容  16-17
第二章 电磁悬浮系统数学模型  17-27
  2.1 电磁悬浮系统工作原理  17
  2.2 横梁单电磁铁悬浮系统数学模型  17-19
  2.3 系统稳定性分析  19-27
第三章 基于平衡点线性化双磁悬浮系统的同步控制器设计  27-39
  3.1 线性化基本原理  27-30
  3.2 单电磁铁悬浮系统控制器设计  30-34
    3.2.1 PID 控制器设计  31-32
    3.2.2 干扰观测器设计  32-34
  3.3 T-S 模型同步控制器设计  34-36
  3.4 仿真与分析  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 非线性磁悬浮系统自调整模糊控制器设计  39-54
  4.1 模糊控制概述  39-43
    4.1.1 模糊控制的分类  39-41
    4.1.2 模糊控制器组成  41
    4.1.3 模糊控制器设计步骤  41-43
  4.2 自调整模糊控制  43-49
    4.2.1 自调整量化因子比例因子模糊控制器设计  44-46
    4.2.2 基于优化函数的自调整模糊控制  46-49
  4.3 仿真与分析  49-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 非线性磁悬浮系统同步控制器设计  54-71
  5.1 双闭环前馈模糊同步控制  54-61
    5.1.1 双闭环控制器设计  54-55
    5.1.2 前馈控制器设计  55-56
    5.1.3 模糊同步控制器设计  56-58
    5.1.4 仿真与分析  58-61
  5.2 模型参考模糊自适应同步控制  61-69
    5.2.1 自适应控制概述  61-63
    5.2.2 模糊自适应控制器设计  63-65
    5.2.3 交叉耦合同步控制器设计  65-66
    5.2.4 仿真与分析  66-69
  5.3 两种同步控制比较  69-70
  5.4 本章小结  70-71
第六章 结论  71-73
参考文献  73-77
在学研究成果  77-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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