基于音圈式直线电机的位置伺服控制系统研究

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1、·华中科技大学硕士学位论文基于音圈式直线电机的位置伺服控制系统研究姓名：张黎申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：艾武;陈幼平20080521···华中科技大学硕士学位论文摘要为了满足现代先进制造与加工技术的需要，提高生产效率和改善零件的加工质量，超精密加工现已成为高档数控机床发展的一个重大趋势，由于传统的机床进给系统存在传动机构而难以达到高精密位置控制的技术指标。采用直线电机直接驱动的进给方式，由于取消了一切中间传动环节，作为一种“零传动”进给方式它可以克服运动方式转换环节所带来的不良影响，极大提高了机床的动态灵敏度和加工精度，在各类高速、高精加工设备中

2、具有广阔的应用前景。但同时直线伺服系统运行时直接驱动负载，从而增加了进给伺服系统的控制难度。本论文以音圈式直线电机位置伺服控制系统为研究对象。首先，在剖析音圈式直线电机基本工作原理和结构特点的基础上，建立其动态数学模型。并根据高速机床进给系统伺服性能的要求和直接驱动的特点，搭建直线电机控制系统平台。同时综合考虑多种控制策略的优劣，确定位置伺服控制的三环控制策略，明确各环调节作用。其次，在以上研究的基础上针对直接驱动这样一个微进给、低阻尼且有高精度要求的快速运动系统，综合考虑实用性、跟随性和抗扰性能，设计了位置控制器。针对其中位置环对应的比例调节速度和精度难以进行参

3、数协调控制的问题，提出了具有跟踪性能好、抗扰性能优和鲁棒性强等特征的模型算法控制，建立多模态位置调节。通过理论分析和模型仿真，其结果显示采用模型算法控制的位置伺服控制系统，具有良好的控制效果。最后，在已经搭建的直线电机控制系统平台的基础上，对本文所设计的位置控制器进行实验验证。实验结果初步验证了该位置伺服控制系统在精密加工机床上应用的可行性。关键词：音圈式直线电机位置伺服控制系统模型算法控制精密加工三环控制策略···I···华中科技大学硕士学位论文AbstractInordertomeetthedemandofmodernadvancedmanufacturing

4、andprocessing technology,andtoincreaseproductivityandimprovethequalityoftheprocessingparts,the superhigh-precisionmachiningtechnologyhasbecomeamajordevelopmenttrendintop gradeNCmachinetools.Butitisdifficultyforconventionalfeedsystemstoachievethe high-precisionpositionservocontrol,asit

5、iscannotbuthavetransmissionMechanism.Tobe akindof"zerotransmission",linearmotordirectdrivefeedsystemcancelallintermediate transportsegments,cangreatlyimprovetheworkingaccuracyandservoperformanceofthe machinetool,makingitafavoriteoptioninthefieldofhighspeedandhighprecision processingeq

6、uipment.Butatthesametimeitaddsthedifficultiesintheaspectofthe electricalcontrol,becauselinearservosystemrun-timeneedsofdirectdrivemethod. Inthispaper,theresearchobjectisthepositionservocontrollerofavoicecoillinear motordirectdrivefeedservosystem.Firstly,itdescribesvoicecoillinearmotor

7、,basic structureandsettingupmath-model.Accordingtotheperformancerequirementofthe ultra-precisionmachinefeeddriveservosystemandthecharacteristicof"directdrive",the controlstructureisdesigned.Atthesametimeconsideredtheprosandconsofvariouscontrol strategies,determinepositionservocontrolo

8、fthet