具有磁流变阻尼的直线进给伺服系统研制

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1、摘要目前，精密进给系统有两种主要的结构形式，一是由旋转伺服电机控制精密丝杠的传动方式，二是由直线电机直接驱动进给方式。两者相比，直线电机直接驱动减少了中间传动环节，具有进给速度快、加速度高、定位精度高、大行程和动态响应快等优点。但是由于直线电机直接驱动没有经过中间传动，故缺少必要的阻尼，致使直线进给系统阻尼太小、抗干扰能力差，容易产生超调和振荡，从而致使直线伺服控制的难度加大。为了解决这一问题，本文在直线进给伺服系统中加入了磁流变阻尼器的控制，研制具有磁流变阻尼的直线伺服控制系统。本文首先对磁流变阻尼器进

2、行分析，建立了其数学模型。通过对磁流变数学模型的MATLAB／SIMULINK仿真，分析了磁流变阻尼器的磁滞非线性等特性；通过分析选择适合直线电机的控制策略及脉宽调制技术，研究了适应于直线电机伺服控制的空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法，并在MATLAB／SIMULINK上仿真验证了其算法实现及观察其仿真结果。在此基础上，设计了伺服系统的硬件及软件体系结构。伺服软件主要有上位机模块和下位机模块。其中，上位机软件面向PC用户，主要用于对伺服器进行性能监察和系统参数设定。下位机软件开发基于DSP芯片的电机

3、运行控制程序，实现直线电机的速度、电流、位移控制和磁流变阻尼器工作电流的控制。最后，本文研究了抗积分饱和PID算法及其参数整定方法，并对设计的伺服控制系统进行了实验研究，实验取得的电机控制的效果与MATLAB／SIMULINK仿真过程中所得结果基本一致，研究表明，磁流变阻尼器的电流控制效果良好，通过使用抗积分饱和PID控制算法可满足实际控制要求。关键词：直线电机；MR阻尼器；伺服系统；DSP广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTAtprescent，therearetwokindsofprecision

4、feedsystem，oneiscomposedofrotatingservomotorandprecisionballscrew,theotherislinearmotordirectdriving．Comparedwiththeballscrew,thelinearfeedsystemdrivenbyalinearmotorhasthemeritsofhighfeedingspeed，highacceleration，longstroke，fastdynamicresponseandetc。Howev

5、er,thelackofnecessarydampinglinksofsystem，leadstothesmalldamping，pooranti-disturbancecapacity,easybringingultraharmonicoscillation，andlimitsthefurtherimprovementofthestability．Toovercomethedemeritsoflinearfeedsystem，thispaperdevelopsafeedservosystemwithMR

6、damping，SOitcanprovidedampingforceforfeedsystematpropertime．First，themodelofMRdamperisconstructedinMATLAB／SIMULINK，andbyresearchingtheresultofsimulation，somepropertiesoftheMRdamperareconcluded．Atthesametime，thispaperinvestigatesfieldorientedcontrolofPMLSM

7、，usesSVPWMtodrivelinearmotor．TheSVPWMalgorithmisfinishedbyusingtheMATLAB／SIMULINK．Second，softwareandhardwareofservosystemareintroduced．ServosoftwareincludestheDSPsoftwareandthePCsoftware．PCsoftwareisusedtomodifyparametersofservosystemanddisplayworkingstat

8、esofthesystem．DSPsoftwareisusedtocontrolthemovingspeedoflinearmotorandworkingcurrentofMRdamper．Finally，digitalPIDcontrollerwithanti-windupcorrectionisimplemented，thewayofPIDparameterstuningisgivenandvariousexperimen