文档介绍：直线电机驱动平台控制策略的研究
摘要:相较于旋转电机,直线电机能够直接将电能转化为直线运动而不需要借助任何中间传动环节,能够满足高精数控系统和精密测量等诸多应用场合的需求,但这种控制方式由于消除了旋转电机的中间传动机械链,负载变运动部件的动态特性好,响应灵敏,加上插补控制的精细化,可实现纳米级控制。
(4)行程不受限制。传统的丝杠传动受丝杠制造工艺限制,一般为4~6m,更长的行程需要接长丝杠,无论从制造工艺还是在性能上都不理想。而采用直线电机驱动,定子可无限加长,由于定子采用模块化拼接,组装工艺简单,已知的大型高速加工中心Z轴行程大于40m。重要的是,直线电机在较长行程中也能保证高定位精度,使用直线电机的大型设备在3m的行程中单轴定位精度小于10μm。另外,直线电机还具有结构简单、运动平稳、噪声小、运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠等优点。
二、直线电机的驱动控制技术
一个直线电机应用系统不仅是性能良好的直线电机,还必须是能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展,直线电机的控制方法越来越多。对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面:一是传统控制技术,二是现代控制技术,三是智能控制技术。
传统的控制技术如PID反馈控制、解耦控制等在交流伺服系统中得到了广泛的应用。其中PID控制蕴涵动态控制过程中的过去、现在和未来的信息,而且配置几乎为最优,具有较强的鲁棒性,是交流伺服电机驱动系统中最基本的控制方式。为了提高控制效果,往往采用解耦控制和矢量控制技术。
在对象模型确定、不变化且是线性的以及操作条件、运行环境是确定不变的条件下,采用传统控制技术是简单有效的。但是在高精度微进给的高性能场合,就必须考虑对象结构与参数的变化。各种非线性的影响,运行环境的改变及环境干扰等时变和不确定因数,才能得到满意的控制效果。因此,现代控制技术在直线伺服电机控制的研究中引起了很大的重视。常用控制方法有自适应控制、滑模变结构控制、鲁棒控制及智能控制。
近年來模糊逻辑控制、神经网络控制等智能控制方法也被引入直线电动机驱动系统的控制中。目前主要是将模糊逻辑、神经网络与PID、Hoo控制等现有的成熟的控制方法相结合,取长补短,以获得更好的控制性能。
三、直线电机的驱动控制技术应用
(一)活塞车削数控系统
在机床进给系统中,采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的机械传动环节,把机床进给传动链的长度缩短为零,因而这种传动方式又被称为“零传动”。正是由于这种“零传动”方式,带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。其一,高速响应。由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件(如丝杠等),使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,反应异常灵敏快捷。其二,精度高。直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差,减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。
(二)采用直线电机的开放式数控系统
采用PC机与开放式可编程运动控制器构成数控系统,以通用微机及Windows操作系统为平台,用PC机上的标准插件形式的运动控制器为控制核心,实现了数控系统的开放。
系统采用在