高速電主軸驅(qū)動性能及智能控制研究.pdf

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

2、電耦合動力學分析及仿真與實驗研究》(No.50675233)和《基于壓電堆疊的高速電主軸振動主動控制研究》(No.51005259)、中央高?；究蒲袠I(yè)務費科研專項《諧波分量影響下基于機電—控制耦合模型的高速高性能電主軸動態(tài)特性研究》(No.CDJXS11111143)、中央高校基本科研業(yè)務費科研專項《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用》(No.CDJXS12110005)的資助下,對高速電主軸系統(tǒng)的驅(qū)動性能及智能

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

4、170MD15Y20型高速電主軸進行了空載啟動和加載實驗研究。
　　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)控制不依賴主軸系統(tǒng)模型的優(yōu)點,設(shè)計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,可以滿足主軸系統(tǒng)實際加工過程中動、靜態(tài)性能的要求,實現(xiàn)高品質(zhì)驅(qū)動;通過免

5、疫遺傳算法對該智能控制器三類參數(shù)的同步尋優(yōu)取得預期控制效果,實現(xiàn)了對電主軸輸出轉(zhuǎn)速的精確控制。
　　針對高速電主軸驅(qū)動控制系統(tǒng)的不確定性,強耦合,非線性等控制難點,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反演控制方案。采用塊控自適應反演方法推導出主軸系統(tǒng)的控制律和參數(shù)自適應律,所設(shè)計的控制器能夠補償參數(shù)變化所引起的控制偏差,確保主軸電機轉(zhuǎn)子準確地跟蹤給定位置信號。仿真結(jié)果表明:電主軸驅(qū)動控制系統(tǒng)能夠漸進跟蹤給定轉(zhuǎn)速和