基于電磁直線執(zhí)行器的運動控制技術(shù)研究.pdf

1、電磁直線執(zhí)行器將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能，不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，能顯著提升直線運動性能，近年來在工業(yè)自動化、機器人等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電磁直線執(zhí)行器及其運動控制技術(shù)是直接驅(qū)動領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，本文圍繞一類應(yīng)用軸向充磁永磁體的動圈式新型電磁直線執(zhí)行器及其運動控制技術(shù)展開了一系列研究。
　　 研制并分析了新型電磁直線執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點，建立了電磁直線執(zhí)行器的數(shù)學模型，構(gòu)建了基于Matlab/Simulink的系

2、統(tǒng)仿真模型，研制了基于數(shù)字信號處理器的電磁直線執(zhí)行器運動控制系統(tǒng)軟硬件平臺，并在此基礎(chǔ)上進行運動控制技術(shù)的仿真和實驗研究。
　　 為解決新型電磁直線執(zhí)行器所特有的換相推力波動問題，提出了基于預測電流控制的換相推力波動抑制技術(shù)。分析了換相推力波動的產(chǎn)生機理及條件，剖析了預測電流控制的工作原理，分別給出了電磁直線執(zhí)行器處于高、低速運動時的換相推力波動抑制策略。與現(xiàn)有的無刷直流電機換相轉(zhuǎn)矩波動抑制技術(shù)相比，所提方法具有系統(tǒng)配置簡單、精

3、度高、易于實現(xiàn)和適用于全數(shù)字控制系統(tǒng)等特點，有效地減小了換相推力波動，有利于新型電磁直線執(zhí)行器實現(xiàn)高性能的直線運動。
　　 高精度軌跡跟蹤是電磁直線執(zhí)行器運動控制的重要任務(wù)之一，為此開發(fā)出了基于改進型自抗擾控制器的高精度軌跡跟蹤運動控制技術(shù)。利用參考加速度作為前饋控制量對常規(guī)自抗擾控制器加以改進，分別考察了改進型自抗擾控制器的正弦軌跡跟蹤能力、不同目標值的點到點運動軌跡跟蹤能力、系統(tǒng)參數(shù)攝動抑制能力以及外部擾動抑制能力等，并與加

4、入了前饋控制的比例-積分-微分控制器、常規(guī)自抗擾控制器進行了對比分析。研究結(jié)果表明，提出的改進型自抗擾控制器不但保留了常規(guī)自抗擾控制器優(yōu)良的擾動抑制能力，還有效地提高了其軌跡跟蹤精度，為高精度軌跡跟蹤控制問題提供了一個新的解決方案。
　　 針對電磁直線執(zhí)行器運動控制的另一項重要任務(wù)——高速運動下的高精度定位，提出了基于擴張狀態(tài)觀測器的時間最優(yōu)點位運動控制技術(shù)。將雙積分系統(tǒng)的時間最優(yōu)控制與擴張狀態(tài)觀測器相結(jié)合，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計了電

5、磁直線執(zhí)行器的高速高精度點位運動控制系統(tǒng)，利用李雅普諾夫第二法分析了該控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用特殊的非線性函數(shù)對時間最優(yōu)控制的抖振現(xiàn)象進行了改進。實驗結(jié)果表明，目標位置為8mm、最大速度為1m/s時的定位誤差為2μm;目標位置為32mm、最大速度為1.6m/s時的定位誤差為3μm;現(xiàn)有條件下達到的最大速度為3.1m/s。
　　 最后對新型電磁直線執(zhí)行器的一類典型應(yīng)用——六自由度運動平臺的控制進行了實驗研究。構(gòu)建了基于dSPACE的