毕业设计（论文）-基于MATLAB的直线电机进给系统控制特性仿真研究

《毕业设计（论文）-基于MATLAB的直线电机进给系统控制特性仿真研究》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、1绪论数控技术是工业制造生产的重要关键技术之一【1】。数控系统越来越广泛应用于工业设备中，为了提高动态响应、定位精度和较好的稳定性，一般高速数控车床进给系统应用直线电动机直接驱动的方式来实现工作台的直线进给，而不需要中间传动转换装置，与传统的伺服进给系统相比直线电机进给系统具有具有刚度大、精度高、速度快、加减速度大等一系列优点，它的应用是工业生产上的一次飞跃。1．1课题研究背景与意义高速数控车床具有诸多优点，同时采用直线电机伺服进给系统可实现“零传动”，大大提高了传动的精度，能满足高速数控车床快速进给的要求，提高动态响应

2、、定位精度和较好的稳定性。本课题在对高速直线电机进给系统控制原理分析的基础上，对直线电机进给系统传递函数及其伺服动刚度的影响因素进行研究，利用MATLAB对直线电机进给系统的控制特性进行仿真分析，找出PID参数对闭环控制系统的频域与时域之间的关系；以及当PID控制系统中加入白噪声，分别改变PID3个参数的大小，分析各参数对控制系统的控制效果的影响；并且对比了直线电机伺服传动系统和传统的进给伺服系统，分析了PID控制参数对偏差的影响，并通过遗传算法对参数进行了优化，对工业控制具有重要的影响。1．2数控伺服进给系统的研究现状

3、一般指用数字化的信息对机械运动和过程进行控制的技术称为是数控技术【2】。通常指采用了数字控制的机床称为数控机床，其中数控机床进给系统是数控机床的重要组成部分，它是用于实现对数控机床进给位置的控制和主轴转速的控制，对于加工的精度其起着重要的作用。总而言之，数控进给伺服系统是数控机床的核心部位，直接影响着机床的加工性能，它能准确的定位与跟踪从而将信号反馈到系统以调节进给的速度与位置，虽然各种数控机床所要完成的任务不一样，它们对进给伺服系统的要求也都不一样，一般可以概括为：调节范围广、控制精度高、稳定性能好、响应速度快等要求。

4、数控机床一般由信息载体、计算机数控系统、伺服系统和机床本体组成，其基本机构框图如图1-1所示位置反馈信号信息载体计算机数控系统伺服系统机床辅助动作信号图1-1基本机构框图　图1-2直线电机进给伺服系统控制框图由图1-2可知直线进给单元控制系统主要由CNC控制器和数字控制模块组成，其采用全数字控制。位置反馈信号和辅助动作信号及时将机床的输出信号反馈给计算机数控系统采用全闭环控制的方式，提高了控制精度，使得直线电机进给系统，具有定位精度高、刚性好、动态特性好、进给速度及加速度高等一系列优良特性，在应用中能很好地满足用户要求。

5、1．1数控伺服系统的分类与驱动方式文献【3】对于伺服系统的分类做出了详细的分析，一般来说有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统，各有各的优点，也各有各的用途，在工业控制当中一般主要有滚珠丝杠进给伺服系统和直线电机进给伺服系统，其中前者主要是通过齿轮、皮带等中间传动件或直接驱动滚珠丝杠，然后将电机的转动变为直线的运动，进而控制执行部件【4】。直线电机进给系统采用数字全闭环控制方式,采用直接传动，彻底废除了进给传动链中一切机械，提高进给单元刚度和定位精度【5】。文献【4】针对滚珠丝杠进给系统进行了分析，指出滚珠丝杠进给

6、系统机械部件主要由滚珠丝杠、螺母、支承轴承、螺母支架、传动齿轮或联轴器等机械零部件组成，滚珠丝杠进给系统有开环进给系统、半闭环进给系统和闭环进给系统，对于滚珠丝杠进给系统的加工精度和性能起着重要影响的主要是它的机械刚度。文献【5】针对直线电机进给系统进行了分析，提出对于直线电机进给系统来说，驱动件(直线电机)与执行件(工作台+电机动子)浑然一体，无需任何的传动部件，提高了控制与加工的精度，是其响应的速度也相应的提高，但直线电机进给系统的伺服刚度主要取决于其伺服驱动装置的刚度，但分析评价其伺服刚度首先要从整个控制系统着手，

7、然后分析各个参数对于伺服动刚度的影响。与滚珠丝杠进给系统相比，直线电机给给系统具有控制精度高、响应速度快、加减速度大等一系列优点，它采用直接传动，彻底废除了进给传动链中一切机械传动部件，避免了机械结构对进给系统伺服性能的影响，直线电机在数控机床进给系统上的应用是数控机床结构和性能上的一次飞跃。1．1直线电机驱动的数控伺服系统研究现状及发展趋势文献【6】针对国内直线电机伺服进给系统的发展现状做了分析，对于现在的工业控制与加工的要求传统的滚珠丝杠传动方式已经不能很好的满足要求，其加工的性能与控制精度急需提高，而相比之下，直线

8、电动机的速度要比滚珠丝杠的速度快的多，因为它废除了中间的一切传动环节，进而达到了“零传动”，并且它也是被公认的高速、高精度和最有发展前途的进给伺服系统，它解决了前者控制精度不高的问题，在工业控制当中取得了很好的效果。直线电机进给伺服系统相比于传统的伺服进给系统它消除了反向间隙、弹性变形和刚度不足等缺点，使其具备了高速