永磁同步直线电机误差补偿及前馈控制技术研究

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永磁同步直线电机越来越多地应用于高速高精度的定位系统中。永磁直线电机驱动方式不需要中间转换环节,可直接提供直线运动,从而减少了因传动链而引入的误差,无需接触便可提供驱动力,进而得到较高的运行速度和较高的重复定位精度,使系统较为稳定。但正是由于直驱进给系统省去了中间转换环节,使得系统容易被外界扰动因素(如摩擦力、推力波动等)所影响,降低了系统的动态精度,容易引起系统不稳定,限制了永磁同步直线电机的应用。同时,仅采用反馈控制会出现电机响应滞后的问题,影响了电机的跟踪精度。因此有必要对抑制摩擦扰动和推力波动扰动的影响的方法以及对提高系统跟踪精度方法进行研究。本文首先基于dSPACE1103和Copley Xenus型驱动器搭建了电机的运动控制系统。对于推力波动扰动的抑制问题,通过分析推力波动特性,基于位置域频率和初相位信息建立了推力波动数学模型。电机在不同速度下运行时基于遗传算法辨识方法分别确定了实验直线电机的推力波动模型参数,以此设计推力波动前馈补偿器,实现直线电机的推力波动抑制。对于摩擦扰动的抑制问题,首先分析摩擦特性,选用Gauss摩擦模型。其次设计电机速度前馈控制器和加速度前馈控制器,仿真实验表明,加入速度和加速前馈后电机的最大位置跟踪误差明显下降。根据电机在不同速度下测得的摩擦力值,运用差分进化算法辨识出直线电机的摩擦模型参数,以此设计摩擦前馈补偿器,实现永磁同步直线电机的摩擦抑制。针对纯反馈所引起的位置跟踪误差大的问题,根据前期电机调试的经验,结合模糊推理方式为Mamdani推理法的模糊逻辑理论,设计了带可调因子的模糊逻辑前馈控制器。应用该前馈控制器,经仿真分析可得,电机的最大位置跟踪误差从原先的17.8μm降到1μm;将其加载到电机实验控制系统中,测得电机最大位置跟踪误差从18.3μm降到了4.3μm,验证了该方法的有效性。本文以永磁同步直线电机为被控对象搭建了运动仿真分析系统和实验平台,研究了对影响系统跟踪性能的摩擦力和推力波动进行抑制的方法,并基于模糊逻辑理论设计了带可调因子的模糊逻辑前馈控制器。这有助于提高直驱进给系统的伺服性能,对于直驱进给系统的应用是有意义、有价值的。
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