变负载对数控机床直线电机控制系统影响的研究.doc

《变负载对数控机床直线电机控制系统影响的研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、变负载对数控机床直线电机控制系统影响的研究iq():FmG):v('s):0引言直线电机作为数控机床直驱进给系统时，因为无中间传动环节，负载的大范围变化以及突变等将直接加载在电机上，对直线电机伺服系统产生一定的影响，从而影响直线电机的运动和定位精度。为提高控制精度，前人不仅从结构上对直线电机进给系统进行了优化，在控制策略上也做了很多研究，但基本是采用固定模型控制变负载情况下直线电机的运动，了解变负载对误差的影响程度是进一步研究针对变负载的先进控制方法的前提。本文通过理论分析、仿真和实验验证了在单一模型控制下直驱进给系统的误差情况。

2、1伺服控制系统模型分析为了获得与直流电机相似的控制效果，对数控机床上的永磁同步直线电机可采用矢量控制方法进行解耦控制，通过坐标变换将a，b，c轴电流变换成轴电流，通过控制决定电磁推力的q轴电流来控制直线电机的推力。由电机统一理论和直线电机在数控机床上使用的结构特点推出直线电机矢量控制电压平衡方程、电磁推力方程和机械运动方程如下：-Rrq+L^+e''Fm=K,tq•⑴■Mv=Fm—Fd—Bv其中：jq为g轴电压;R为绕组电阻;q为q轴电流;L为绕组电感；S=Kv为电枢反电势，Ke为反电势系数，n为动子速度-，Fm为电磁推力;Kt为

3、推力系数-’M为动子与负载的质量；Fd为扰动;B为阻尼系数。对式（1)进行拉氏变换，得：_uq(s)—Kev(s)R+L^:Kiq(s).(2)Fm(s)—Fd(.s)Ms+B^把负载和电机动子看成一个整体后，电流环和速度环的调节都采用PI控制器，伺服控制系统的结构如图1所示[1]。(K1+

4、)1T1sR+Ls仏（5):⑶1+a(K1+士)R+LS图1伺服控制系统图对于实际控制系统，电机电枢电流的调整时间往往比转速的变化时间短得多，也就是说比反电动势s的变化快得多。因此，在对其结构进行分析时可以把反电动势反馈系数大小看作零值来处理

5、，由此得到的电流环的传递函数为：其中：K1为比例系数；T1为电流环的时间常数；a为电流环反馈系数。由于电流环的时间常数T1值非常收稿日期：2013-11-08;修回日期：2014-02-08作者简介：许道金（1987-)，男，江苏徐州人，在读硕士研究生，主要从事先进制造技术方面的研究。o'olo'olI010000o86422-i/壬渥渥图2空载时系统位置阶跃响应0800160024003200t/ms图3500N负载工况下位置阶跃响应3.3在直线电机动子上加载1000N负载1000N负载工况下系统的位置阶跃响应见图4。调整时间为

6、0.031s,超调量为33.1%。864l/w鑛(5)(5).(7)(8)(9)(10)-2000800160024003200-b4bOOU-546000-547000-548000-549000550000-551000-552000-553000-554000-555000-556000小，可将电流环看作一个比例环节，且比例系数为K“暂不考虑扰动的情况下，速度环的传递函数为：X1K1KJL〜、—k'kk^^Tvs'Ms+B“、G„G)—1KiKT'⑷1+職+ts)mKBk,(1+Ts其中K为积分增益系数K为速度反馈系数T为

7、速度反馈时间常数K为输出信号增益-K为积分系数T为积分环节时间常数。2负载变化对伺服系统性能的影响分析直线电机伺服控制系统的主要功能是为负载连续提供推力，以及获得良好的运动控制精度。大范围变负载（即结构或参数不确定性）或负载的突变会对伺服系统的运行效果造成影响，这种影响会大大降低控制系统的动态性能。了解变负载时伺服系统的工作情况是解决这一问题的前提。直线电机伺服控制系统速度环的等效闭环传递函数可写为：心。5+心1(^)2

8、I.acs十十a2其中：a—K1KKKfKvTvTd十MTv.a—AKKTKyKTn+AKKKK/T^+BT；

9、a2—K1KKtK/.b。一K1KKtK；T；.b1—K1KlKT.位置环的等效被控对象为：G(s)—Gw((丄一~2^0(+b~X丄一sass十十a2(——（^—acac(11)(3十^(十，（a0a0在实验系统负载大范围变化时，其静态性能和动态性能均将受到影响。对于该控制系统，动子和负载成为一体，而由式（6)可知，M的变化会造成参数a。的变化，即负载的变化造成被控对象改变，从而改变了传递函数。改变参数an的大小只会造成传递函数的极点变化，传递函数的零点不变。极点的分布情况很大程度上决定了系统能否达到稳定，同时对系统的运动效果

10、、超调量、调整时间均有影响[2]。3数控机床直线电机变负载实验为探究常规PID控制策略下负载的变化对控制系统的影响，现利用两直线电机对拖的形式模拟以下工况时数控机床直线电机响应结果，利用PMACTuningPro2软件进行信号采集。其中陪测电机主要