本文關鍵詞：基于神經網絡的直線電機輪廓誤差控制技術研究

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【摘要】：在科學技術不斷發(fā)展的潮流下,數(shù)控機床向著高速、高精度的方向發(fā)展,直線電機作為直驅技術的一種,具有不可比擬的速度和精度方面的優(yōu)勢,正在逐步取代傳統(tǒng)的“旋轉電機+滾珠絲杠”結構,應用于數(shù)控機床。數(shù)控機床在運行的過程中,會產生兩種誤差：單軸運動的跟蹤誤差和多軸聯(lián)動的輪廓誤差,這兩種誤差尤其是輪廓誤差直接影響著機床的輪廓加工精度以及進給速度,對于數(shù)控機床而言,對輪廓誤差的控制至關重要。本文針對數(shù)控機床中基于直線電機的XY工作臺,對其輪廓誤差控制技術進行研究。首先,闡述了課題的國內外研究概況,介紹了直線電機的基本原理并搭建其數(shù)學模型；其次,分析了神經網絡控制的理論,為直線電機單軸伺服系統(tǒng)選定控制方法；最后,建立了輪廓誤差模型,對影響輪廓精度的因素進行了分析與實驗驗證,為多軸系統(tǒng)選定控制方法。本文的主要研究成果有以下幾點：(1)結合直線電機的數(shù)學模型,針對單軸的伺服系統(tǒng),基于常規(guī)PID原理,設計了三閉環(huán)反饋控制系統(tǒng),引入智能控制理論,編寫神經網絡PID控制算法,仿真實驗驗證了神經網絡PID控制在響應速度、穩(wěn)定性、跟蹤精度等各方面都要優(yōu)于PID控制；(2)結合輪廓誤差模型,得到了由跟蹤誤差表示輪廓誤差的通用公式,分別從直線插補運動和圓弧插補運動進行分析計算,總結了各個軸的開環(huán)增益系數(shù)和運動速度對輪廓誤差的影響,仿真實驗驗證了分析的結論,即開環(huán)增益系數(shù)越不匹配,系統(tǒng)輪廓誤差越大,輪廓誤差與運動速度成正比；(3)對輪廓誤差控制技術進行了研究,為系統(tǒng)編寫了變增益的交叉耦合控制算法,并在此基礎上結合了神經網絡控制的理論,編寫了神經網絡交叉耦合控制算法,仿真實驗驗證了,神經網絡交叉耦合控制下的輪廓誤差最小。
【關鍵詞】：直線電機 跟蹤誤差 PID控制 神經網絡 輪廓誤差 交叉耦合
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM359.4;TG659
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 緒論16-26
• 1.1 課題的研究背景和意義16-17
• 1.2 課題的來源17
• 1.3 國內外研究概況17-24
• 1.3.1 直線電機應用現(xiàn)狀18-21
• 1.3.2 直線電機控制方法的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3.3 輪廓誤差控制的研究現(xiàn)狀22-24
• 1.4 課題研究思路和方法24-25
• 1.5 本章小結25-26
• 第二章 直線電機基本原理26-33
• 2.1 直線電機基本結構和分類26-28
• 2.1.1 直線電機的基本結構26
• 2.1.2 直線電機的分類26-28
• 2.2 永磁同步直線電機工作原理28-29
• 2.3 永磁同步直線電機數(shù)學模型29-32
• 2.3.1 永磁同步直線電機矢量控制原理29-31
• 2.3.2 永磁同步直線電機運動學模型31-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第三章 神經網絡理論基礎33-44
• 3.1 神經網絡模型33-35
• 3.2 神經網絡的結構35-37
• 3.3 神經網絡的學習37-40
• 3.3.1 學習方式37-38
• 3.3.2 學習算法38-40
• 3.4 BP神經網絡40-43
• 3.4.1 BP神經網絡的結構40-41
• 3.4.2 BP學習算法41-43
• 3.5 本章小結43-44
• 第四章 直線電機伺服系統(tǒng)的控制方法44-61
• 4.1 永磁同步直線電機伺服系統(tǒng)44-45
• 4.2 常規(guī)PID控制原理45-49
• 4.2.1 模擬PID控制45-46
• 4.2.2 數(shù)字PID控制46-47
• 4.2.3 PID整定方法47-49
• 4.3 單軸PID控制49-52
• 4.3.1 永磁同步直線電機驅動系統(tǒng)仿真模型49-50
• 4.3.2 單軸伺服系統(tǒng)PID控制仿真模型50-51
• 4.3.3 仿真結果分析與結論51-52
• 4.4 神經網絡PID控制52-60
• 4.4.1 神經網絡PID控制器結構52-53
• 4.4.2 控制器中神經網絡的學習53-55
• 4.4.3 神經網絡PID控制仿真模型55-58
• 4.4.4 仿真結果分析與結論58-60
• 4.5 本章小結60-61
• 第五章 輪廓誤差控制技術研究61-76
• 5.1 輪廓誤差建模61-63
• 5.1.1 直線運動的輪廓誤差62
• 5.1.2 曲線運動的輪廓誤差62-63
• 5.2 影響輪廓精度的因素63-68
• 5.2.1 直線插補運動64-65
• 5.2.2 圓弧插補運動65-66
• 5.2.3 影響輪廓精度因素的實驗驗證66-68
• 5.3 交叉耦合控制68-70
• 5.3.1 交叉耦合控制技術68
• 5.3.2 交叉耦合控制器設計68-70
• 5.4 神經網絡交叉耦合控制70-75
• 5.4.1 神經網絡交叉耦合控制仿真模型71-73
• 5.4.2 仿真結果分析與討論73-75
• 5.5 本章小結75-76
• 第六章 總結與展望76-78
• 6.1 全文研究總結76-77
• 6.2 研究展望77-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀碩士學位期間的學術活動及成果情況82

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本文編號：1122015