高速精密数控机床进给伺服系统的控制研究

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作者：

沈志英

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摘要：

随着微电子技术、大规模集成电路制造工艺、计算机技术和现代控制理论的发展,交流电动机的控制技术、调速性能得到了不断提高,机床进给伺服系统在经历了开环的步进电动机系统、直流伺服系统两个阶段之后,已进入了交流伺服系统阶段,交流伺服系统已取得了主导地位。 本文以数控机床交流伺服系统为研究对象,首先利用矢量控制理论建立了永磁同步电机的线性解耦数学模型,在此基础上,建立了电流环、速度环、位置环三闭环的PID控制系统,根据控制理论对各个环节的PID参数进行分析、设计及整定,并在Matlab/Simulink软件下进行动态仿真,验证了整个系统设计的正确性和合理性。 针对数控机床的精度要求,在动力学理论的基础上建立了机械系统的等效数学模型,将其与伺服驱动的数学模型相串联,构成一个全闭环高阶系统的控制模型。利用软件Matlab对系统位置控制进行参数整定,且对系统的变参数进行了仿真分析,同时针对此数控系统可能出现的谐振问题,提出一些控制策略去解决此问题。 在交流伺服系统中,由于数控机床进给伺服系统的非线性和各种时变因素的存在,会影响伺服系统的控制性能,采取传统的控制策略已经不能满足其需求,为此提出采取模糊PID控制方案解决此问题。该控制器是将常规PID控制的稳定型与模糊控制的简便性、灵活性及鲁棒性融为一体,构造了一个自整定模糊PID控制器。仿真结果表明,采用模糊PID控制对机械系统的变参数性及外部扰动具有较好的抑制作用。

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关键词：

数控机床 永磁同步电机 交流伺服系统 模糊PID控制

学位级别：

硕士

学位年度：

2011

DOI：

10.7666/d.y1885803

被引量：

25