XY直线电机平台的轮廓跟踪算法研究

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1、硕士学位论文XY直线电机平台的轮廓跟踪算法研究RESEARCHONCONTOURTRACEALGORITHMOFX-YLINEARMOTORPLATFORM王厚珂哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：T275学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文XY直线电机平台的轮廓跟踪算法研究硕士研究生：王厚珂导师：OkyayKaynak教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:T275U.D.C:621.3DissertationfortheM

2、aster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONCONTOURTRACEALGORITHMOFXYLINEARMOTORPLATFORMCandidate：HoukeWangSupervisor：Prof.OkyayKaynakAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandControlEngineeringAffiliation：Dept.ofControlScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Deg

3、ree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高精密数控加工设备一直以来就是各个国家重点研究和发展的战略目标，其中对于直线电机轮廓跟踪控制算法的研究又一个比较重要的环节。针对目前设计的轮廓跟踪算法控制性能一般，控制器设计复杂的问题，提出基于变增益交叉耦合滑模控制的设计方法，主要包含以下几个部分：本文首先结合实验平台，对实验平台XY轴进行物理模型以及运动学模型的建立。通过分析直线电机与旋转电机结构的差别，类比与交流永磁旋转伺服电机对电机物理模型的建立过程来建立直线电机物理模型。其次对直线电机进行受力分析，

4、运用牛顿第二定律建立直线电机的运动学模型，最后通过化简分析得到直线电机时域模型以及频域模型的表达式。其次，本论文分析了常规轮廓跟踪算法的形成机理,并针对直线电机平台进行了特例分析。通过分析设计得出直线轮廓、标准圆弧轮廓、任意曲线轮廓跟踪的数学表达式。通过数学表达式，分析了影响系统轮廓跟踪控制的控制精度主要的影响因素。此外针对系统轮廓跟踪误差，分析了系统单轴以及多轴跟踪的常用方法，找到合适的控制算法。对于直线电机轮廓控制算法设计，对于提高单轴系统的跟踪精度以及增加系统对非线性因素干扰的抑制，决定采取滑模变结构控制。从滑模变结构控制原理出发，分析了滑模变结构控制在对系统跟踪性

5、能有很大提高，此外通过一些列方法解决其控制过程中带来的抖振问题，最后对于系统的非线性干扰以及系统多轴联合控制不协调的问题，分别采取滑模干扰观测器以及变增益交叉耦合控制的方式来解决。最后文章对系统设计的相关控制算法进行系统仿真以及实验验证。通过对系统进行实验仿真验证，对比于传统PID控制，可以看出系统采取滑模变结构控制对直线电机控制性能有很大的提高。最后在XY直线电机平台上进行控制算法实际编写测试，进一步验证了设计的变增益交叉耦合滑模变结构控制算法的有效性。关键词：跟踪误差；轮廓误差；轮廓跟踪；直线电机；滑模变结构；干扰观测器IAbstractAbstractThehigh

6、-precisionnumericalcontrolprocessingequipmenthasalwaysbeenthestrategicgoalofkeyresearchanddevelopmentinvariouscountries,amongwhichtheresearchonthelinearmotorcontourtrackingcontrolalgorithmisanotherimportantlink.Aimingattheproblemofthegeneralcontrolperformanceofthecontourtrackingalgorithmc

7、urrentlydesignedandthecomplexdesignofthecontroller,adesignmethodbasedonvariablegaincross-coupledslidingmodecontrolisproposed,whichmainlyincludesthefollowingparts:Inthispaper,thephysicalmodelandthekinematicsmodeloftheXYaxisoftheexperimentalplatformarefirstlycombinedw