新型直线伺服驱动加载实验教学平台

为引导学生掌握直线伺服驱动系统的运行特性,提出了新型直线伺服驱动加载实验教学平台,解决了传统直线伺服实验教学平台中加载难、测试精度低、动态性能差的弊端。基于该实验教学平台,开展了永磁直线伺服电机静态推力、动态推力、加速度以及突变负载的实验研究。该实验教学平台的研制,不仅丰富了电机类、电力拖动类课程的教学实验工作,又激发学生的学习兴趣,提升创新能力。

直线伺服电机的多目标优化控制方法

课题组通过科学分析伺服系统的模型与实际的控制方法,结合系统各个方面的应用需要,提出了多目标优化方案,体现出稳定裕度优势,同时开展了仿真分析工作。仿真结果表明,依靠计算机独有的高效计算方式,可以迅速明确控制器的相关参数,并且权重因子针对直线伺服刀架的跟踪、抑制切削力等方面的能力呈现出相反的状态。鉴于此,开展系统设计的过程中,应该参考系统具体的应用规定。假如系统被用于车削铝质活塞,结合其切削力很小,但对生产效率方面的要求却很高,此时应该将比较小的权重因子作为首选,以便确保系统的带宽很大,在进行零件加工处理的过程中,可以获得更快的主轴转速。假如机床只被当作加工靠模的机床时,结合车削钢质靠模通常采用小批量生产的方式,在加工的工时方面要求较低,不过车制靠模的切削力很大,所以此时需要将比较大的权重因子作为首选,以便增强系统针对切削力干扰的抑制能力。通常情况下,借助以上优化方式,对直线伺服刀架的控制器参数加以设计,不但能够有效减少人工成本,而且能更好地发挥其性能作用。

基于滑模和神经网络的永磁直线伺服系统控制

针对直接驱动的交流永磁直线伺服系统 ,提出一种将非线性神经网络控制和滑模控制相结合构成的双自由度控制策略 .该控制策略解决了直线伺服系统跟踪性能和鲁棒性能之间的矛盾 .滑模输入控制器保证了系统对给定的快速跟踪性能 ;神经网络输出反馈控制器对系统参数变化和阻力扰动 (包括直线电机的端部效应力 )进行很大程度的抑制 ,并可以削弱滑模控制的抖振对系统稳态性能的影响 .仿真结果表明该方案在保证伺服系统的快速性同时 。

中凸变椭圆活塞加工用高性能直线伺服系统的研究

提出了一种新型的高性能直线伺服电动机的机电系统设计方法，包括硬件及控制系 统，因为本系统采用光栅位移测量方法和DSP高速信号处理器，并相应应用了基于状态观测 器的滑模控制算法，系统的机电动态特性得到很大的提高。这种直线伺服电动机的高性能已 经在试验环境中进行了测试，结果表明系统的总体性能得到很大的提高。

高压断路器直线伺服电机操动机构及其控制技术

提出一种新型高压断路器直线伺服电机操动机构,并结合永磁直线同步电机的d-q轴数学模型及推力特性,对新型操动机构的控制进行分析。设计了基于DSP的动触头位置、速度、电流的三闭环控制方案,选用高精度光栅尺作为速度、位置传感器,以满足系统实时性和高精度的要求,最终实现高压断路器分、合闸操作时对动触头运动控制、调节,使其能够按照预定理想曲线进行运动,从而有利于提高断路器开断、关合能力,改善断路器的机械电气寿命和运行可靠性。

激光切割永磁直线伺服系统的反演滑模控制

针对用于激光切割的永磁直线伺服系统,采用反演滑模控制策略对系统进行分块处理,为提高系统精度,增强系统的鲁棒性和降低抖振,分别对位置环和电流环独立设计滑模控制器。考虑运动伺服系统在低速时存在的摩擦和扰动,在位置控制器的设计中,采用非线性双观测器方法对不可测Lu Gre模型的摩擦状态及参数进行估计,提出自适应指数趋近律滑模控制方法对摩擦力和扰动进行前馈补偿。电流控制器采用无抖振终端滑模控制方法设计。利用Lyapunvo函数证明了所设计的方法具有全局有限时间收敛特性并能够保证系统全局稳定。最后,在激光切割永磁直线伺服实验台上,应用三闭环PID方法和该文所提方法对位置和速度跟踪性能进行对比实验,实验结果表明,该文所提方法可有效提高激光切割直线伺服系统的控制性能。

为提高轮廓加工精度采用DOB和ZPETC的直线伺服鲁棒跟踪控制

为了提高轮廓加工精度,本文针对高精度直线伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略。ZPETC作为前馈跟踪控制器,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等,保证了系统的强鲁棒性能。仿真结果表明了所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能。从而有效地减小了轮廓误差,提高了轮廓加工精度。

磁极错位削弱永磁直线伺服电动机齿槽法向力波动方法

单边平板式永磁直线伺服电动机(PMLSM)在运行过程中动、定子之间存在较大的法向力波动,法向力波动引起的摩擦力摄动和机床振动极大地影响了机床的加工精度,齿槽效应是引起永磁直线伺服电动机法向力波动的一个重要原因。为此,采用麦克斯韦张量法推导了动子边齿无限长无端部效应的PMLSM法向电磁力的解析表达式,揭示齿槽效应引起的法向力波动的规律。通过对傅里叶分解系数的分析,得出齿槽效应产生的法向力波动的主要谐波次数,提出永磁磁极三段错位法以削弱其引起的主要谐波法向力波动,消除传统的斜极、移相优化方法产生的电动机横向俯仰运动。最后以齿槽法向力波动较为明显的12槽8极PMLSM为例,采用有限元仿真和实验验证,结果证明该方法不仅能够削弱齿槽效应产生的法向力波动,还能在推力基本保持不变的情况下,有效地削弱推力波动。

永磁直线伺服系统的速度H_∞控制器优化设计

对永磁直线伺服系统的速度H∞控制器提出优化设计,建立了基于模型匹配二自由度系统的状态空间模型,并将速度控制器设计归结为标准的H∞控制问题;用线性矩阵不等式法得到输出反馈g次优H∞控制器,以保证直线系统的鲁棒性。仿真和实验结果表明,用该方法设计的直线伺服系统能够很好的抑制扰动和跟踪给定。

基于模糊自学习的交流直线伺服系统滑模变结构控制

针对直接驱动直线式交流伺服系统，提出了一种基于模糊自学习的滑模变结构控制方案。在常规的滑模控制中引入模糊自学习方法，在不影响滑模控制系统完全鲁棒性的情况下，有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振。仿真结果表明该方案对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性，抖振得到了明显的抑制。系统具有良好的动、静态性能。

永磁直线伺服系统专家自适应PID控制的研究

研究专家自适应比例积分微分(PID)控制器在直线电动机伺服系统中的应用,并利用MATLAB/Simulink平台进行数字仿真。结果表明,与常规PID控制相比,提出的控制器提高了直线电动机伺服系统的静态和动态性能,使电动机在负载发生改变时的转速超调量减小,且转速更快地趋于稳定,是一种控制思想简洁、硬件实现方便的闭环控制调节方案。

通过直线伺服鲁棒跟踪控制方法提高轮廓加工精度

为了减小零件加工的轮廓误差,提出了一种采用直线伺服驱动的零相位跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器 (DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略。零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,使系统实现准确跟踪;基于干扰观测器的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等不确定因素,并根据预测到的干扰信息对各轴进行补偿以消除干扰对系统的影响,从而保证了系统的强鲁棒性能。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能,从而提高了轮廓加工精度。

周期性输入的直线伺服系统改进重复控制

针对直线电机驱动的凸轮加工随动系统实际加工应用中,要求系统既要对周期性输入信号具有跟踪能力,又要对周期性扰动具有抑制能力。对这一问题,根据基于内模原理的重复控制理论设计实用性强的插入型重复控制器,来消除由周期性输入的基波和谐波所引起的误差,以便减小系统周期性稳态跟踪误差。为进一步改善控制器的性能,有效地增加运行带宽,设计改进的插入型重复控制器,减小系统的跟踪误差,使得系统的跟踪性能得到更好的改善。最后,对直线伺服电机驱动的凸轮加工中心进行了仿真研究,结果表明所提出的控制方案提高了系统跟踪性能和鲁棒性能,既有效地抑制系统周期性扰动的影响,又对周期性输入信号实现准确跟踪。

基于模型扰动抑制的直线伺服系统设计

针对高精度、微进给永磁直线交流同步电机 (PMLSM )驱动系统 ,采用基于模型的扰动抑制 (MBDA)方法 ,对诸如摩擦力、切削力、负载变动之类的扰动进行抑制。MBDA是利用一个与系统并行的标称模型 ,通过输出反馈 ,将系统输出与标称模型输出进行比较 ,得出误差信号 ,并通过设计一个补偿器将误差信号反馈给被控对象的输入端 ,从而实现扰动抑制。同时 ,针对速度环设计了积分 -比例 (IP)控制器 ,以满足系统快速跟踪指令的要求 ,并且其具有较强的抗扰动能力。仿真结果表明 ,该控制方法响应速度快 。

集成制造系统中基于重复控制的直线伺服单元

重复控制的直线伺服单元主要适合于跟踪快速变化的周期性信号，其输出为期望的周期性直线机械运动。这种运动在ＣＩＭＳ环境下的自动化设备中较为常见。文章介绍了永磁直线伺服单元的机械结构及重复控制的基本原理；给出了重复控制的直线伺服单元的典型应用场合和实例。

基于遗传神经网络的直线伺服系统定位误差补偿

针对数控直线伺服系统的定位误差补偿,采用激光干涉仪测量工作台的定位误差,建立基于RBF算法的神经网络误差模型。提出遗传算法的训练方案优化RBF的网络参数,为了评价优化后RBF网络预测的精度,运用部分误差样本进行训练和仿真。构建了以DSP为核心的直线电机定位误差实验平台,根据误差校正值进行误差实时补偿实验。仿真和实验结果表明:经过遗传算法训练的神经网络模型对工作台的误差具有良好的学习能力和泛化能力,工作台定位精度显著提高。

复合补偿驱动直线伺服单元研究

依据动圈电动机的基本原理，研究开发了一种大推力复合补偿驱动的直线伺服单元，其推力常数为８２Ｎ／Ａ，最大驱动电流为１０Ａ，最大推力８２０Ｎ。给出了其基本原理、运动微分方程；介绍了复合补偿驱动磁路和磁路方程。给出了一设计实例和具体的性能参数，由它构成的直线驱动伺服系统，实际已应用于中凸变椭圆活塞ＣＮＣ车床。

基于DSP的全数字直线伺服系统设计

根据数控机床对直接驱动直线电机的要求,介绍了一种以DSP为控制器和智能功率模块驱动的直线电动机全数字交流伺服系统。详细说明了驱动器的硬件结构、控制电路、功率逆变器电路,阐述了电动机控制策略,分析了电流中断子程序、初始定位中断子程序和回零中断子程序的流程。由于系统硬件精简,大部分功能都通过软件实现,因而具有充分的柔性。

采用滑模观测器的交流永磁直线伺服电机无传感器控制

提出了一种采用滑模观测器的交流永磁直线伺服电机无传感器控制的新方法.利用非速度信息,如:电机的电压、电流及电机本身参数,通过滑模观测器产生控制器所需的速度反馈信息.滑模观测器对包括量测噪声在内的扰动具有强鲁棒性.观测方案保证了控制的稳定性和稳定精度.整个控制策略由一片DSP(TMS320C25)执行.仿真及实验结果证实了所述控制方法的有效性.

全数字反馈高性能直线伺服电机的机电系统设计

提出一种全数字反馈的新型高性能直线伺服电机的机电系统设计方法 ,包括硬件及控制系统。系统采用光栅位移测量方法和 DSP高速信号处理器实现信号的采集和处理 ,应用了基于非线性状态观测器的控制算法 ,系统的机电动态特性、控制误差和跟踪特性均得到很大的提高。