基于交叉耦合算法的雙直線電機協(xié)同控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，直線電機因其結構簡單、定位精度高、且無中間傳動裝置，所以在各種高精密加工場所的應用也越來越廣泛。在加工零件的過程中，很多時候都需要多臺電機的協(xié)同配合才能完成，同時多直線電機的協(xié)同運行也提高了工業(yè)加工的效率，因此，越來越多的人著手于多直線電機協(xié)同控制問題的研究。但是，直線電機的結構比較特殊，無中間傳動結構，外部擾動直接作用在了直線電機的動子上，且多個電機之間存在著耦合關系，影響了同步控制的效果，降低了產(chǎn)品的加工質量和制作精度。所以

2、改善多直線電機協(xié)同控制伺服系統(tǒng)的性能，減小多直線電機的同步控制誤差具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文的主要研究對象是具有H型結構（如激光雕刻機、龍門移動式鏜銑床）的雙永磁同步直線電機(PMSLM)協(xié)同控制系統(tǒng)，文章首先闡述了雙直線電機同步控制所存在的問題，然后提出了解決這些問題所采用的方法。目前，提高雙PMSLM同步控制精度以及速度的辦法很多，一般包括以下幾個方面:優(yōu)化PMSLM的結構參數(shù)、研制新型的永磁材料、改善已有的控制算法或者研

3、究新型的控制算法等。本文主要從控制算法上進行了研究和改進。雙PMSLM同步控制存在的問題主要有兩個:一、如何實現(xiàn)單直線電機的跟隨性能以及抗擾動性能同時最優(yōu);二、如何實現(xiàn)雙PMSLM位置及速度的同步控制。
　　首先，單PMSLM伺服控制系統(tǒng)性能的好壞直接決定著多PMSLM的位置同步精度，但是傳統(tǒng)的PID控制算法不能兼顧系統(tǒng)跟隨性能和抗干擾性能，所以本文采用了二自由度PID控制算法，并羅列了2DOF PID控制器的幾種典型結構。因為設

4、定值前饋型2DOF PID控制算法的參數(shù)較少，實現(xiàn)較為容易，所以本文采用了此種控制算法。同時結合了具有學習能力以及在線整定能力的模糊控制算法，設計了一種設定值前饋型Fuzzy2DOF PID控制器，應用在直線電機的位置環(huán)中，不僅實現(xiàn)了PID參數(shù)的在線整定功能，而且使得電機的跟隨性能和抗干擾性能均達到最優(yōu)。隨后在Matlab環(huán)境下將基于該算法的矢量控制模型和基于傳統(tǒng)PID控制算法的矢量控制模型進行了仿真實驗對比，結果驗證了此算法的魯棒性較

5、強，且其跟隨性和抗干擾能力也很好，滿足設計要求。
　　其次，通過分析可知，相比于并聯(lián)式同步控制、主從式同步控制及虛擬主軸等幾種控制算法，交叉耦合控制算法在雙直線電機同步控制上具有更好的動態(tài)響應和調節(jié)能力，因此本文設計了一種新型的交叉耦合控制器，將兩PMSLM的速度誤差和位置誤差作為交叉耦合控制器的輸入信號，經(jīng)過交叉耦合控制器處理后的輸出信號再補償給兩PMSLM的位置給定，最終實現(xiàn)兩PMSLM速度和位置的絕對同步。然后進行了仿真實驗