基于转速电流自抗扰控制的永磁同步电机伺服进给系统设计

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在使用汉川XK714D数控铣床加工产品的过程中,传统PID控制的伺服进给系统受到滚珠丝杠侧的切削力、摩擦力等非线性因素影响,降低了控制系统的动态特性和鲁棒性,导致了实际输出与控制指令间存在偏差。针对此问题,本文创新性的将永磁同步电机与滚珠丝杠组合而成的伺服进给系统作为整体进行研究,借用自抗扰理论中扩张观测器能观测伺服进给系统的总扰动,非线性误差反馈控制率能消除伺服进给系统的总误差思想,设计了转速电流ADRC方法,消除了滚珠丝杠侧的非线性因素对伺服进给系统的影响。本文搭建了汉川XK714D数控铣床的X轴永磁同步电机伺服进给系统仿真模型,设计了永磁同步电机伺服进给系统实验平台,通过仿真与平台实验的方式,验证了转速电流ADRC方法可有效的提高伺服进给系统的动态特性和鲁棒性、提高系统的控制精度。首先,从永磁同步电机伺服进给系统的架构出发,深入分析了系统各部分的功能和运行方式,指明了汉川XK714D数控铣床的X轴永磁同步电机伺服进给系统存在的问题,明确了永磁同步电机与滚珠丝杠作为整体进行研究的意义。通过分析永磁同步电机与滚珠丝杠的数学模型,并将永磁同步电机伺服进给系统中的耦合关系通过结构框图形式进行展示,为永磁同步电机与滚珠丝杠组合而成的伺服进给系统作为整体进行研究提供了理论依据。其次,本文明确了汉川XK714D数控铣床的X轴永磁同步电机伺服进给系统的核心技术参数。针对该伺服进给系统采用传统PID控制方法所带来的问题,本文将永磁同步电机与滚珠丝杠组合而成的伺服进给系统作为整体进行研究,设计了转速电流ADRC方法,并根据核心技术参数设计传统PID控制器和转速电流ADRC控制器,通过对比传统PID控制和转速电流ADRC方法的仿真结果和平台实验结果,明确了转速电流ADRC方法具有更好的动态特性和鲁棒性,有利于提高系统的控制精度。最后,根据永磁同步电机伺服进给系统的技术要求,实现实验平台的硬件系统与软件系统设计。在软件设计中,针对转速电流ADRC模型复杂,多个控制环节使传统的面向过程编程方式难以满足系统实时性需求、程序耦合关系严重、不利于程序扩展等问题,采用了面向对象的编程方式进行程序设计,设计了多任务调度策略,通过将面向对象编程与多任务调度策略相结合,有效的提高了MCU资源利用率、提高了程序的运行效率。
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