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數(shù)控加工中心龍門(mén)電磁懸浮系統(tǒng)無(wú)源控制
閱讀：170 發(fā)布時(shí)間：2020-8-11第五章數(shù)控加工中心龍門(mén)電磁懸浮系統(tǒng)無(wú)源
隨著科技的不斷發(fā)展，控制領(lǐng)域也獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。從傳統(tǒng)的線性控制、PID 控制發(fā)展到智能控制。由于電磁力與電流之間具有二次方的關(guān)系，因此電磁懸浮系統(tǒng) 是非線性系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁懸浮系統(tǒng)的精確控制，以保證加工部件的精度，需要 對(duì)電磁懸浮系統(tǒng)設(shè)計(jì)良好的控制器以達(dá)到龍門(mén)數(shù)控加工中心的性能指標(biāo)。文獻(xiàn)[46] 利用算法對(duì)懸浮系統(tǒng)控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)[47]利用模糊算法對(duì)PID控制器 參數(shù)進(jìn)行了整定。他們都在一定程度上滿足了懸浮系統(tǒng)的性能指標(biāo)。本文為電磁懸浮 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了無(wú)源控制器，為懸浮系統(tǒng)的控制算法庫(kù)擴(kuò)充了一種新的、有效地控制算法。
5.1磁鏈控制數(shù)學(xué)模型
由第二章已經(jīng)推導(dǎo)出電磁懸浮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，由于電流間接控制電磁力會(huì)使磁路 飽和產(chǎn)生非線性因素，因此采用磁鏈控制能直接控制電磁力，可以消除磁路飽和所產(chǎn)生的非線性因素。
5. 4仿真結(jié)果及分析
系統(tǒng)的仿真參數(shù)見(jiàn)第三章。平衡點(diǎn)磁鏈/.= 3.178。反饋控制器表示式中a, 1^兩個(gè)參數(shù)分別為20, 5000。
系統(tǒng)仿真框圖如圖5.1。
仿真1:無(wú)擾動(dòng)仿真效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)
當(dāng)系統(tǒng)中不加擾動(dòng)時(shí)對(duì)PID控制、模糊PID控制和無(wú)源控制的仿真曲線進(jìn)行比較。
從仿真圖5.2中可知無(wú)源控制使得響應(yīng)曲線在不到0.1秒就到達(dá)了設(shè)定的懸浮位 置并且沒(méi)有超調(diào)量。相比于PID控制、模糊PID控制使電磁懸浮系統(tǒng)具有了更快的 響應(yīng)速度。
仿真2:有擾動(dòng)仿真效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)
在系統(tǒng)響應(yīng)第3秒時(shí)對(duì)懸浮系統(tǒng)施加500N的階躍擾動(dòng)，同時(shí)觀察三種控制器的 仿真曲線，仿真曲線如圖5.3。
由圖5.3可知當(dāng)系統(tǒng)受到500N階躍干擾時(shí)無(wú)源控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線相比于PID控 制和模糊PID控制的系統(tǒng)的波動(dòng)超調(diào)幅度小且在0.1秒左右就恢復(fù)到了設(shè)定的位置， 因此相比于這兩種控制算法無(wú)源控制加強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。
仿真3:懸浮系統(tǒng)周期擾動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)
移動(dòng)懸浮橫梁的水平導(dǎo)向單元采用的是永磁同步直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于直線電機(jī)運(yùn) 行時(shí)存在著紋波擾動(dòng)、端部效應(yīng)等周期擾動(dòng)嚴(yán)重影響到了電磁懸浮系統(tǒng)的懸浮精度和 部件的加工精度。為了能夠很好的抑制直線電機(jī)的這一缺點(diǎn)，因此所設(shè)計(jì)的控制器需 要使懸浮系統(tǒng)對(duì)周期擾動(dòng)具有一定的抵抗性。當(dāng)系統(tǒng)受到系統(tǒng)受到500N，周期為2 秒，占空比為1的脈沖周期擾動(dòng)時(shí)的仿真誤差曲線如圖5.4。
由圖5.4可知當(dāng)懸浮系統(tǒng)受到周期擾時(shí)懸浮氣隙偏差為6xl(T5m左右，且在0.1秒左右就恢復(fù)到設(shè)定點(diǎn)，由此表明無(wú)源控制器使得懸浮系統(tǒng)對(duì)周期擾動(dòng)也具有一定的 魯棒性。因此可以適應(yīng)直線電機(jī)所帶來(lái)的周期干擾。
基于無(wú)源控制理論本章介紹了單磁懸浮系統(tǒng)無(wú)源控制器的設(shè)計(jì)。首先建立了電磁 懸浮系統(tǒng)的能量函數(shù)，然后建立出電磁懸浮系統(tǒng)哈密爾頓方程，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)幕ヂ?lián)陣和耗散陣來(lái)重新建立電磁懸浮系統(tǒng)的哈密爾頓方程。通過(guò)三個(gè)哈密爾頓函數(shù)約束條 件來(lái)求解偏微分方程，從而推出單電磁懸浮系統(tǒng)無(wú)源控制器的表達(dá)式。無(wú)源控制器設(shè) 計(jì)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明無(wú)源控制器加快了單電磁懸浮系統(tǒng)較強(qiáng)的響應(yīng)速度, 提高了其魯棒性，終提高了懸浮精度。
本文采摘自“數(shù)控加工中心龍門(mén)磁懸浮系統(tǒng)耦合分析及控制研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無(wú)法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！