数控机床位置伺服系统控制策略的研究

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1、西安科技大学硕士学位论文数控机床位置伺服系统控制策略的研究专业名称：机械制造及其自动化作者姓名：杨紫艳指导教师：史晓娟论文题目：数控机床位置伺服系统控制策略的研究专业：机械制造及其自动化硕士生：杨紫艳(签名)指导教师：史晓娟(签名)摘要数控机床位置伺服系统的动态和静态特性决定了该系统的性能，因此位置伺服系统所采用控制策略的优劣直接影响数控机床的整体性能。为了提高数控机床位置伺服系统的响应特性，本文通过查阅相关文献分析现有的控制策略（如PID控制以及普通滑模控制等），在此基础上提出切换模糊化自适应滑

2、模控制策略，设计了基于自适应律的模糊滑模控制器，采用Lyapunov分析证明了基于该控制器的伺服系统的稳定性。最后，通过MATLAB/Simulink纯仿真软件和基于AD5435的半实物仿真实验平台验证了切换模糊化自适应滑模控制策略的有效性和优越性。首先，本文在深入了解数控机床位置伺服系统的基础上，搭建永磁同步电机的数学模型以及SVPWM控制的数控机床位置伺服系统的三环驱动模型，为系统位置控制策略的研究奠定理论基础。其次，将PID控制和普通滑模控制策略分别应用于数控机床位置伺服系统，在MATLAB/Simulink环境中

3、建立其对应的模型进行仿真实验，对比仿真结果分析这两种控制策略的优缺点。针对滑模控制的抖振问题，本文提出一种切换模糊化自适应滑模策略，利用自适应模糊控制方法，模糊逼近滑模控制器中控制律的切换项，实现将切换项连续化的目的，通过Lyapunov稳定性分析设计参数自适应律，同时也证明了基于切换模糊化自适应滑模控制策略的位置伺服系统的稳定性。通过理论分析和纯仿真实验，验证了切换模糊化自适应滑模控制策略在保证系统鲁棒性的同时能很好地解决抖振问题。最后，为了进一步验证本文中所提出的切换模糊化自适应滑模控制策略的优越性和有效性，搭建基于

4、AD5435仿真机的半实物仿真实验平台，分别将三种控制策略（PID控制、普通滑模控制以及切换模糊化自适应滑模控制）进行半实物仿真验证。实验结果表明，切换模糊化自适应滑模控制策略不仅克服了普通滑模控制的缺点，有效降低了系统抖振，提高了数控机床位置伺服系统响应的稳定性、快速性以及精确性，而且对系统扰动和负载变化具有良好的鲁棒性。关键词：数控机床位置伺服系统；永磁同步电机；模糊滑模控制；自适应律研究类型：应用研究Subject:TheResearchonControlStrategyofNCMachineToolPositio

5、nServoSystemSpecialty:MechanicalManufacturingandAutomationName:YangZiyan(Signature)Instructor:ShiXiaojuan(Signature)ABSTRACTTheservoperformanceofNCmachinepositionservosystemisdeterminedbyitsdynamicandstaticcharacteristics.Sothecontrolstrategyadoptedbythepositions

6、ervosystemdirectlyaffectstheoverallperformanceoftheCNCmachinetool.InordertoimprovetheresponsecharacteristicsofNCmachinetoolpositionservosystem,throughconsultingrelevantliteratureandanalyzingexistingcontrolstrategiessuchasPIDcontrolandslidingmodecontrol,theswitchi

7、ngfuzzyadaptiveslidingmodealgorithmisputforwardandtheadaptivefuzzyslidingmodecontrollerisdesignedbasedontheLyapunov.ThestabilityofthisservosystembasedfuzzyslidingmodecontrollerisprovedviaLyapunovanalysis.Finally,theeffectivenessandsuperiorityoftheswitchingfuzzyad

8、aptiveslidingmodecontrolalgorithmareverifiedbytheMATLAB/Simulinkpuresimulationsoftwareandthesemi-physicalsimulationplatformbasedonAD5435.Firstly,throughin-dept