论文部分内容阅读
随着对零件加工效率和精度的要求越来越高,数控加工技术正向高速和超高速化、精密和超精密化的方向发展,具有高精度和高速反应能力的直线伺服进给单元应运而生。由于消除了机械传动链所带来的一系列不良影响,因而极大地提高了进给系统的快速反应能力和运动精度,成为新一代数控机床中最具代表性的先进技术之一。因此,本课题以永磁直线同步电动机（PMLSM）伺服系统为研究对象。 与传统的“旋转电动机+滚珠丝杠”进给方式相比,直线电机进给系统增加了控制上的难度,负载变化和外部扰动等将无衰减地直接影响系统的性能,内部参数摄动、端部效应等也都会降低系统伺服性能和机床的加工精度,使伺服性能难以满足高精度、微进给的要求。因此,必须采取有效的控制策略来克服这些因素的影响。 PMLSM伺服系统是一个具有高精度快速响应能力的动态的复杂非线性系统,对其主要要求是输出对指令的跟踪能力和对各种扰动的抑制能力。在理想情况下,输出能无延迟、无超调地跟踪输入指令的变化。常规PID控制器很难同时满足系统对输入的跟踪性能和对不确定性的抗扰性能要求。为此,本文首次提出零相位二自由度H∞鲁棒跟踪控制策略来解决上述问题。采用零相位误差跟踪控制器（ZPETC）作为前馈控制器可有效地实现系统的快速精确的跟踪性能,将H∞鲁棒控制器作为反馈控制器来克服不确定性因素的影响,从而提高系统的鲁棒性能和鲁棒稳定性。 ZPETC是基于逆系统思想的前馈控制器,依赖于系统的模型,对系统参数变化非常敏感。针对这一缺点,提出了变增益ZPETC,可以有效克服建模误差、系统参数变化等影响。为使系统保持零相位误差的同时,还能改善系统的增益性能,提出基于L2-范数优化设计方案,通过选取适当的目标函数来设计最优数字前置滤波器。 本文所提出的控制方案有严格的理论基础,经过了理论论证。仿真结果表明,所提出的控制方法是十分有效的,在保证系统的快速准确的跟踪性能的同时,对系统不确定性等因素具有很强的鲁棒性。