【摘 要】
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基于多直线电机的高精度、多工位、协同定位驱动系统广泛应用于各种工业环境,如电路板规模化打孔、多点焊接、协同联合运输等工业平台中需要大量的直线协同工序实现既定的高精度动作。因此,针对多直线电机开展高精度协同定位研究具有较大的工业应用价值。目前,多直线电机协同控制可面向感应式直线电机、直线开关磁阻电机和永磁同步直线电机等。与感应直线电机和直线开关磁阻电机相比,永磁同步直线电机具有更高的推力密度比以及更
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基于多直线电机的高精度、多工位、协同定位驱动系统广泛应用于各种工业环境,如电路板规模化打孔、多点焊接、协同联合运输等工业平台中需要大量的直线协同工序实现既定的高精度动作。因此,针对多直线电机开展高精度协同定位研究具有较大的工业应用价值。目前,多直线电机协同控制可面向感应式直线电机、直线开关磁阻电机和永磁同步直线电机等。与感应直线电机和直线开关磁阻电机相比,永磁同步直线电机具有更高的推力密度比以及更快的响应速度,更加适合于高精密工业加工、定位领域。本文以集成永磁同步直线电机（Integrated permanent magnet synchronous linear motor,IPMSLM）为对象,开展IPMSLM高精度位置协同控制研究。IPMSLM由一条永磁体定子轨道和三块动子构成,结构上符合多永磁同步直线电机原理。为解决外部不确定性时变扰动导致IPMSLM无法进行精确定位控制的问题,本文以RT-LAB实时控制平台、商用电流驱动器以及IPMSLM等硬件为基础,开展IPMSLM高精度位置协同控制策略的研究:（1）提出了一种基于滑模变结构控制算法的环状耦合位置协同控制策略,解决了传统比例-积分-微分（proportional-integral-differential,PID）位置控制算法定位精度差的问题,同时,对趋近律进行改进,解决了传统滑模控制存在的抖振问题。利用RT-LAB平台进行了IPMSLM协同控制实验,在空载条件下,采用滑模变结构环状耦合协同控制策略,使IPMSLM跟踪精度控制在±3μm以内,协同精度在±5μm以内;在非线性时变负载条件下,IPMSLM跟踪精度控制在±8μm以内,协同精度在±10μm以内。（2）基于人体性激素调控原理,提出了一种适用于IPMSLM的生物智能位置控制算法,生物智能位置控制器外层控制采用比例控制提高系统的响应速度,内层控制器采用SMVS算法,进一步提高位置控制精度。为实现高精度协同定位的目标,提出了一种基于Lyapunov定理的环状耦合控制策略,相对于传统基于PID算法的环状耦合协同控制方法,在空载条件下,采用生物智能控制环状耦合协同控制策略,将IPMSLM跟踪精度控制在±4μm以内,协同精度在±5μm以内,在非线性时变负载条件下,IPMSLM跟踪精度控制在±5μm以内,协同精度在±7μm以内。针对两种协同控制算法开展了单电机验证实验以及IPMSLM空载与非线性时变负载协同定位实验。实验结果表明,本文所设计的协同控制策略不仅能够实现单电机高精度跟踪控制,而且可以实现多电机高精度协同定位控制。
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