直线电机伺服系统伺服动刚度分析及测试技术研究

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1、硕士学位论文直线电机伺服系统伺服动刚度分析及测试技术研究THESERVODYNAMICSTIFFNESSANALYSISANDTESTINGTECHNOLOGYOFLINEARMOTORSERVOSYSTEM张超宁哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM341学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文直线电机伺服系统伺服动刚度分析及测试技术研究硕士研究生：张超宁导师：王铁成教授副导师：寇宝泉教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日

2、期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM341U.D.C.:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHESERVODYNAMICSTIFFNESSANALYSISANDTESTINGTECHNOLOGYOFLINEARMOTORSERVOSYSTEMCandidate：ZhangChaoningSupervisor：Pro.WangTiechengDeputySupervisorPro.KouBaoq

3、uanAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要直线电机伺服系统具有响应速度快、精度高、速度大和刚度大以及在工作时噪声低等特点，因此被广泛应用于数控

4、机床等领域。直线电机伺服系统多工作在位置伺服的状态，伺服动刚度是评价其性能的一个重要指标，它直接反映了系统的抵抗负载干扰产生位置偏差的能力。本文主要针对直线电机伺服系统伺服动刚度领域的理论分析和测试技术这两个方面进行了较为深入的研究。首先，本文建立了典型直线伺服系统的数学模型，并在Simulink中仿真分析了阶跃负载力下的伺服动刚度的影响因素，主要包括驱动器硬件参数、控制参数、非线性因素、动子质量。本文进一步对典型直线伺服系统的传递函数和扰动模型进行分析，分析了控制参数和动子质量对正弦负载力下的伺服

5、动刚度的影响，并和前面的阶跃负载力下的影响进行了对比。两种定义下的主要影响因素的影响趋势一致，说明这两种定义的伺服动刚度存在内在一致性，本文进一步阐明了其一致性的理论基础。这两种不同的定义下的理论分析各有优缺点，前者侧重最大偏差和动态特性，后者侧重稳态偏差幅值和频域特性。对比发现阶跃负载力下的伺服动刚度更适合作为在实际测试中的定义。为了测试阶跃负载力下伺服动刚度，传统的重物加载法具有重复操作困难且不适用于大推力场合等缺点。针对这些缺点，本文提出了直线电机加载法，并分析了基于该加载方法的测试平台中影响

6、伺服动刚度测试精度的各个因素，针对各影响因素，提出相应的降低其影响的方法。为了验证直线电机加载法的合理性，搭建了实际的伺服动刚度的测试平台，主要包括整个测试系统结构的设计和核心部件大推力直线直流加载电机的设计。对加载电机样机进行了温升和推力实验，验证了加载电机设计的合理性，适用于测试伺服动刚度；通过对不同控制参数下伺服动刚度的实验测试，验证前面伺服动刚度影响因素的理论分析；进一步对实验伺服动刚度的测试结果进行了误差分析，分析表明直线电机加载法具有较高的测试精度；最后实验对比了传统重物加载法和直线电机

7、加载的测试结果，直线电机加载法测试结果随机误差小，具有更高的测试精度。关键词：直线伺服系统；伺服动刚度；影响因素；测试平台；直线电机加载-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractLinearmotorservosystemhasnomechanicalconversionstructure,thusithasmanyadvantages,suchashighresponse,highaccuracy,highspeed,highstiffnessandlownoise.Therefore,

8、ithasbeenwidelyusedinnumericalcontrolmachine.Theservostiffnessisanimportantindextoevaluatetheperformanceoflinearmotorservosystems,anditreflectstheabilityofservosystemstopreventthepositiondeviationcausedbytheloadingforcefluctuation.Innum