高速電主軸驅(qū)動(dòng)性能及智能控制研究.pdf

1、高速加工技術(shù)是當(dāng)代四大先進(jìn)制造技術(shù)之一,是制造技術(shù)產(chǎn)生第二次革命性飛躍的一項(xiàng)高新技術(shù)。要發(fā)展和應(yīng)用高速加工技術(shù),首先必須擁有性能優(yōu)良的高速數(shù)控機(jī)床,高速電主軸作為高速機(jī)床的核心功能部件,其驅(qū)動(dòng)控制性能對(duì)高速機(jī)床的加工質(zhì)量有重大影響。由于高速電主軸是一個(gè)集機(jī)、電、磁、熱為一體的復(fù)雜機(jī)電耦合系統(tǒng),對(duì)其進(jìn)行高性能的驅(qū)動(dòng)控制是比較困難的,因此需要對(duì)高速電主軸高性能的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。
　　本文在國(guó)家自然科學(xué)基金《高速電主軸機(jī)

2、電耦合動(dòng)力學(xué)分析及仿真與實(shí)驗(yàn)研究》(No.50675233)和《基于壓電堆疊的高速電主軸振動(dòng)主動(dòng)控制研究》(No.51005259)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)科研專(zhuān)項(xiàng)《諧波分量影響下基于機(jī)電—控制耦合模型的高速高性能電主軸動(dòng)態(tài)特性研究》(No.CDJXS11111143)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)科研專(zhuān)項(xiàng)《基于免疫遺傳算法的模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在高速電主軸中的應(yīng)用》(No.CDJXS12110005)的資助下,對(duì)高速電主軸系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)性能及智能

3、控制技術(shù)進(jìn)行了研究,主要做了以下幾個(gè)方面的工作:
　　從矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制原理上的共性出發(fā),推導(dǎo)了高速電主軸混合驅(qū)動(dòng)控制的理論依據(jù)方程,應(yīng)用智能控制理論設(shè)計(jì)了基于AFNNC(adaptivefuzzyneuralnetworkcontrol)的智能開(kāi)關(guān)控制表;在MATLAB/Simulink中構(gòu)建了高速電主軸混合驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真模型,完成了控制參數(shù)整定;為驗(yàn)證理論分析和所建仿真模型的正確性,對(duì)額定轉(zhuǎn)速為15000r/min的

4、170MD15Y20型高速電主軸進(jìn)行了空載啟動(dòng)和加載實(shí)驗(yàn)研究。
　　結(jié)合免疫遺傳算法尋優(yōu)速度快及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制不依賴(lài)主軸系統(tǒng)模型的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種將模糊邏輯控制、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和免疫遺傳算法進(jìn)行結(jié)合的高速電主軸系統(tǒng)全局優(yōu)化控制策略;將該智能控制策略應(yīng)用于高速電主軸系統(tǒng)雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制器中,為解決高速電主軸三大控制難題提供了一種高效的控制方案,可以滿(mǎn)足主軸系統(tǒng)實(shí)際加工過(guò)程中動(dòng)、靜態(tài)性能的要求,實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)驅(qū)動(dòng);通過(guò)免

5、疫遺傳算法對(duì)該智能控制器三類(lèi)參數(shù)的同步尋優(yōu)取得預(yù)期控制效果,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電主軸輸出轉(zhuǎn)速的精確控制。
　　針對(duì)高速電主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的不確定性,強(qiáng)耦合,非線(xiàn)性等控制難點(diǎn),提出了基于智能調(diào)節(jié)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速電主軸塊控自適應(yīng)反演控制方案。采用塊控自適應(yīng)反演方法推導(dǎo)出主軸系統(tǒng)的控制律和參數(shù)自適應(yīng)律,所設(shè)計(jì)的控制器能夠補(bǔ)償參數(shù)變化所引起的控制偏差,確保主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子準(zhǔn)確地跟蹤給定位置信號(hào)。仿真結(jié)果表明:電主軸驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠漸進(jìn)跟蹤給定轉(zhuǎn)速和