数控加工中心龙门磁悬浮系统耦合分析及控制研究

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龙门移动式数控加工中心横梁与导轨之间存在摩擦制约了零件的加工精度。为了提升加工精度将磁悬浮技术应用到数控加工中心上。横梁被悬浮起来从而消除了摩擦的影响,这样消除了传统减小摩擦方法所带来的弊端。由于机械横梁是由两个电磁悬浮系统共同悬浮,因此两个电磁悬浮系统存在着耦合关系。本文的主要内容主要包括分析双电磁悬浮系统的耦合情况、解耦以及单电磁悬浮系统控制器的设计。首先通过查阅大量的国内外文献对电磁悬浮系统的结构特点有了深入的了解,推导出电磁悬浮系统的非线性数学模型。通过对两个电磁悬浮系统受力情况进行分析,并利用坐标变换得出两个电磁悬浮系统的耦合表达式。横梁的机械协同强迫性可以加以利用提高两个电磁悬浮系统的同步性能。设计速度、气隙交叉耦合同步控制器来进一步提高两个电磁悬浮系统的同步性能。其次从解耦的角度分析需对系统设计解耦控制器。本文采用了α阶逆系统算法。由于电磁悬浮系统是典型的非线性系统,因此双电磁悬浮系统的α阶逆系统很难求得。本文采用支持向量机来拟合双电磁悬浮系统的α阶逆系统。解耦后独立的伪线性悬浮系统采用PID控制。最后对解耦后的单悬浮系统设计了无源控制器。通过建立悬浮系统的哈密尔顿偏微分方程,并由约束条件求解这个偏微分方程得出单电磁悬浮系统无源控制器的表达式。通过MATLAB软件仿真验证了交叉耦合同步控制器可以提高耦合双电磁悬浮系统的同步性能。支持向量机α阶逆系统可以对悬浮系统进行解耦。无源控制器使电磁悬浮系统拥有了快速的响应和良好抗扰性。
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