论文部分内容阅读
高速高精度运动平台被广泛应用于高端数控装备，如高档数控加工中心、航空航天制造装备和IC封装设备等。随着科技的发展，对高端数控装备的要求也越来越高，给高速高精平台及其伺服控制的设计带来了极大的挑战。因此本文面向高端数控装备，对高速高精直线电机驱动技术及其控制方法展开了研究，这对加快我国制造产业的发展具有重要的理论意义与实际应用价值。本文针对直线电机数控系统实验平台，对其系统误差进行补偿，并重点研究了基于PID的直线电机控制方法，提出了带前馈模糊PID控制方法，并利用直线电机数控系统实验平台展开实验，成功地验证了带前馈模糊PID控制方法的优越性。本文的主要内容及成果有以下几点：(1)掌握直线电机高速高精平台的结构组成和驱动特点，并建立永磁同步直线电机的数学模型。同时为了减少由于制造和装配等引起的系统误差，采用分段线性误差补偿模型对直线电机数控系统实验平台的系统误差进行一次性补偿。(2)对直线电机的PID、带前馈的PID和模糊PID控制方法进行了深入研究，并提出了一种适用于直线电机伺服控制的带前馈模糊PID控制方法。(3)分别建立了基于PID、带前馈的PID、模糊PID和带前馈模糊PID控制方法的直线电机伺服系统控制模型，并在MATLAB/SIMULINK软件平台上建立了对应的仿真模型，进而对四种控制方法分别开展了单位阶跃响应和正弦响应仿真实验。结果表明，带前馈模糊PID控制方法的响应速度快且控制精度高，较优于其它三种控制方法。(4)设计并编写出了基于PID、带前馈的PID、模糊PID和带前馈模糊PID的直线电机伺服控制算法，并利用PMAC运动控制卡，实现各种控制方法对直线电机的控制。利用上述四种控制方法，在变负载下对直线电机进行控制实验，将带前馈模糊PID控制方法与其它三种控制方法的控制效果进行分析对比，结果表明：带前馈模糊PID控制方法既可避免静态误差，减小跟踪误差，又不依赖于精确的控制模型，可根据工作环境实时地改变控制参数，具有很强的适应性，且实验结果与理论分析及仿真结果具有较好一致性。