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2017年5月23日

數(shù)控加工中心龍門磁懸浮系統(tǒng)耦合分析及控制研究-主要內(nèi)容

為了消除精工加工中心移動橫梁與導(dǎo)軌之間的摩擦對加工精度的影響。本文利用電磁懸浮技術(shù)將橫梁完全懸浮起來，從而徹底消除摩擦，有效地提高了加工精度。由于加工中心移動橫梁是由雙電磁懸浮系統(tǒng)共同懸浮，兩個懸浮系統(tǒng)由機(jī)械橫梁聯(lián)系在一起，因此它們之間存在著耦合關(guān)系。分析雙電磁懸浮系統(tǒng)的受力情況得出它們的耦合關(guān)系是本文重要內(nèi)容之一。耦合的存在并不一定都是不利的?？梢岳脵C(jī)械橫梁的協(xié)同強迫性增加兩個電磁懸浮系統(tǒng)的同步性能，從而提高移動橫梁水平方向懸浮的穩(wěn) 定性和零件的加工精度。耦合的不利方面體現(xiàn)在：由于兩個懸浮系統(tǒng)不可能完全相同，因此在橫梁啟動懸浮或穩(wěn)定運行后其中一個懸浮系統(tǒng)受到干擾時，耦合的存在會使兩個懸浮系統(tǒng)同時受到干擾。從解耦的角度出發(fā)設(shè)計解耦控制器將兩個電磁懸浮系統(tǒng)解耦成兩個獨立的系統(tǒng)。本文還對解耦后的單電磁懸浮系統(tǒng)進(jìn)行了控制器的設(shè)計。針對精工加工中心龍門磁懸浮系統(tǒng)的耦合情況的分析和單電磁懸浮系統(tǒng)的控制算法的研究本文從以下六個方面對精工加工中心進(jìn)行介紹和說明。

2017年5月23日

電磁懸浮系統(tǒng)穩(wěn)定性分析|加工中心

由式(2.13)可以搭建出電磁懸浮系統(tǒng)MATLAB仿真框圖，并對懸浮系統(tǒng)在沒有任何控制器開環(huán)情況下施加0.002m的位置階躍信號驗證其穩(wěn)定性，仿真框圖、仿真結(jié)果圖如圖2.3、2.4所示。由圖2.4可以看出電磁懸浮系統(tǒng)在不加任何控制器開環(huán)的情況下系統(tǒng)是發(fā)散的、不穩(wěn)定的。對系統(tǒng)進(jìn)行線性化后穩(wěn)定性分析，具體參數(shù)取值如下：磁極面積」= 125cm2,單邊氣隙￡^=2111111，氣隙磁阻i? = 0.65D，線圈阻數(shù)iV = 340，橫梁一半質(zhì)量w = 284kg，真空磁導(dǎo)率^=4;ixl(r7H/m,平衡點電流& =7A,代入公式中進(jìn)行計算得磁懸浮

2017年5月23日

磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用|加工中心

由于電磁懸浮技術(shù)具備無接觸這一優(yōu)點，因此消除了物體與物體之間不利摩擦的影響，可以延長機(jī)械部件的使用周期，改善運行狀況。因此它在工業(yè)加工、機(jī)械生產(chǎn) 和交通運輸?shù)确矫嬗兄鴱V闊的應(yīng)用。

2017年5月23日

電磁懸浮系統(tǒng)的控制策略|加工中心

隨著科學(xué)技術(shù)理論的不斷發(fā)展，各種控制算法相繼被人們研發(fā)出來，這為電磁懸浮系統(tǒng)的控制器設(shè)計提供了大量參考依據(jù)。從傳統(tǒng)的線性控制算法到先進(jìn)智能的非線性控制算法控制理論得到了長足的發(fā)展。由于電磁懸浮系統(tǒng)是典型的非線性系統(tǒng)，因此線性的控制算法只能在懸浮系統(tǒng)進(jìn)行了線性化處理后才能使用。利用泰勒級數(shù)在平衡點附近對非線性函數(shù)進(jìn)行展開和反饋線性化是當(dāng)今比較成熟的線性化方法。由于線性化處理后的非線性系統(tǒng)降低了控制難度，因此也降低了控制器設(shè)計的難度。原系統(tǒng) 的高階響應(yīng)在線性化后被忽略了。工程實踐中如果采用線性的控制算法會出現(xiàn)一定的偏差從而不能滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。非線性控制算法則不需要精確地知道被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，不需要忽略系統(tǒng)非線性高階響應(yīng)項。由于非線性控制可以真實的反應(yīng)系統(tǒng) 的輸出效果，所以具有很好的工程實踐意義，得到了社會的廣泛關(guān)注。現(xiàn)如今非線性控制多指先進(jìn)智能控制如模糊控制、無源控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自抗擾控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制和魯棒控制等。

2017年5月23日

數(shù)控龍門加工中心雙電磁懸浮系統(tǒng)交叉耦合同步控制|加工中心

同步控制技術(shù)是將電氣傳動技術(shù)、電力電子技術(shù)、信號技術(shù)、控制工程技術(shù)和機(jī) 械技術(shù)融為一體的綜合性非常強的一種技術(shù)。同步控制技術(shù)的發(fā)展與其它有關(guān)技術(shù)的發(fā)展緊緊關(guān)聯(lián)在一起的。同步控制是指實現(xiàn)多個運行裝置運行時步伐一致，廣義上講是指系統(tǒng)中某一物理量協(xié)調(diào)一致。通常同步偏差和同步速度要求較高的系統(tǒng)要考慮單回路之間的互相聯(lián)系以使他們保持一致，而不只是提高單個回路控制精度的問題[25]。在多回路系統(tǒng)中通常會存在著強烈耦合和許多不確定性因素，這就需要研究新的提高同步精度的理論算法和實現(xiàn)這一理論的方法。

2017年5月23日

非線性雙電磁懸浮系統(tǒng)交叉耦合同步控制|加工中心

在龍門精工加工系統(tǒng)中無論是針對單電磁懸浮系統(tǒng)的控制還是多電磁懸浮系統(tǒng) 的控制，其控制目標(biāo)就是為了減小電磁懸浮氣隙的輸出與給定之間的偏差，即電磁懸浮系統(tǒng)的實際輸出的氣隙與設(shè)定的氣隙之間的偏差。懸浮氣隙的偏差是導(dǎo)致部件精度下降的重要原因之一。由多電磁懸浮系統(tǒng)加工出來的部件其精度的高低是由多電磁懸浮系統(tǒng)協(xié)調(diào)決定的。如果只是相對獨立的對各個單電磁懸浮系統(tǒng)的誤差進(jìn)行控制而不考慮其它電磁懸浮氣隙的情況以及整體的運行情況，那么加工出的部件就會存在很大的誤差，尤其是在高速的情況下運行，當(dāng)不同的電磁懸浮系統(tǒng)參數(shù)不一致時會因此導(dǎo) 致兩個系統(tǒng)不同步，使得加工出來的部件發(fā)生了形變。

2017年5月23日

數(shù)控加工中心龍門電磁懸浮系統(tǒng)無源控制|加工中心

基于無源控制理論本章介紹了單磁懸浮系統(tǒng)無源控制器的設(shè)計。首先建立了電磁懸浮系統(tǒng)的能量函數(shù)，然后建立出電磁懸浮系統(tǒng)哈密爾頓方程，通過選取適當(dāng)?shù)幕ヂ?lián)陣和耗散陣來重新建立電磁懸浮系統(tǒng)的哈密爾頓方程。通過三個哈密爾頓函數(shù)約束條件來求解偏微分方程，從而推出單電磁懸浮系統(tǒng)無源控制器的表達(dá)式。無源控制器設(shè) 計簡單、易于實現(xiàn)。仿真結(jié)果表明無源控制器加快了單電磁懸浮系統(tǒng)較強的響應(yīng)速度, 提高了其魯棒性，最終提高了懸浮精度。

2017年5月23日

數(shù)控加工中心龍門磁懸浮系統(tǒng)耦合分析及控制研究-結(jié)論與展望

由于時間的原因龍門精工加工中心雙電磁懸浮系統(tǒng)的耦合分析還有許多問題有待解決。本文只對移動橫梁垂直方向的耦合情況進(jìn)行了分析，而沒有同時對水平方向由于直線電機(jī)導(dǎo)向單元不同步造成的耦合情況進(jìn)行分析。今后可以在建立雙電磁懸浮系統(tǒng)全新耦合模型、解耦算法設(shè)計以及解耦后獨立系統(tǒng)設(shè)計更先進(jìn)的控制器來改善懸浮系統(tǒng)的魯棒性等方面進(jìn)行更深入的研究。

2017年5月23日

非線性雙電磁懸浮系統(tǒng)耦合分析|加工中心

由于不相等，因此式(3.8)中與電磁力/相乘的矩陣非對角線元素不為零，即每一個電磁懸浮系統(tǒng)的加速度表達(dá)式中都會含有與另外一個電磁懸浮系統(tǒng)電磁力相關(guān)的項，因此雙電磁懸浮系統(tǒng)存在一定的耦合關(guān)系。

2017年5月23日

仿真結(jié)果與分析及本章小結(jié)|加工中心

精工龍門加工中心懸浮的機(jī)械橫梁是由雙電磁懸浮系統(tǒng)共同控制，因此本章對兩個電磁懸浮系統(tǒng)的耦合狀況進(jìn)行了分析。通過對兩個電磁懸浮系統(tǒng)的受力分析并利用牛頓第二定律推導(dǎo)出兩個電磁懸浮系統(tǒng)的耦合定量關(guān)系。耦合的存在并不都是不利的，由于兩個電磁懸浮系統(tǒng)由機(jī)械橫梁連接在一起，所以可以使兩個電磁懸浮系統(tǒng)具有強迫的協(xié)調(diào)同步性能，利用機(jī)械耦合可以提高兩個電磁懸浮系統(tǒng)的同步性能提高加工精度。在耦合存在的基礎(chǔ)上設(shè)計了氣隙、速度雙重交叉耦合同步控制來降低兩個懸浮系統(tǒng)的同步誤差。仿真結(jié)果表明氣隙、速度交叉耦合同步控制可以很好地減小兩個懸浮系統(tǒng)懸浮氣隙的同步偏差。