【摘要】：和傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比較,直線電機(jī)由于沒有中間傳動(dòng)裝置的特點(diǎn),使得其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、摩擦小、靈敏度高、精度高、速度大小不受到限制等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)伴隨著直線電機(jī)制造水平和相關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展,直線電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用于軍事武器、工業(yè)生產(chǎn)以及生活用品的各個(gè)領(lǐng)域,例如磁懸浮列車、高速高精加工、芯片和集成電路制造、高精密儀器等。隨著制造業(yè)日益朝著高速化、精密化趨勢(shì)的發(fā)展,將來(lái)直線電機(jī)在生產(chǎn)制造以及日常生活中的應(yīng)用必然會(huì)更加廣泛。因此,研究直線電機(jī)結(jié)構(gòu)原理和直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)就顯得十分有意義。PID控制技術(shù)是一種具有悠久歷史的控制技術(shù),憑借操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為當(dāng)今工業(yè)控制中應(yīng)用最為普遍也最為成熟的控制方法。眾所周知,PID控制器中含有三個(gè)需要調(diào)節(jié)的控制參數(shù)(比例、積分、微分系數(shù)),實(shí)際生產(chǎn)使用中若想得到滿意的控制效果就必須對(duì)PID控制器的這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前實(shí)際生產(chǎn)中PID參數(shù)的整定方法大部分為手工整定、基于經(jīng)驗(yàn)或者基于整定公式算法的整定方法。然而,由于實(shí)際的工業(yè)控制過程往往是多樣化、非線性和瞬變性的,這些方法整定的PID參數(shù)系統(tǒng)控制效果往往不能滿足要求,尤其對(duì)于速度和精度要求都較高的直線電機(jī)系統(tǒng)PID控制器整定的效果更是差強(qiáng)人意。本文在建立了直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上,分析了各種PID控制器參數(shù)的整定方法,針對(duì)實(shí)驗(yàn)永磁直線電機(jī)的模型和直線電機(jī)系統(tǒng)本身的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了直線電機(jī)的PID控制器,提出利用果蠅優(yōu)化算法優(yōu)化直線電機(jī)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自整定,對(duì)實(shí)驗(yàn)直線電機(jī)建立Matlab/Simulink模型,進(jìn)行仿真,并將其和傳統(tǒng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制參數(shù)自整定的控制結(jié)果進(jìn)行比較。傳統(tǒng)的直線電機(jī)伺服系統(tǒng)通常采用PID位置跟蹤反饋控制的方式,但是隨著對(duì)控制精度的要求不斷提高,一般的PID控制由于控制精度的限制、負(fù)載擾動(dòng)等因素的影響,控制效果往往不能達(dá)到預(yù)期效果。本文針對(duì)這種情況提出了自適應(yīng)“速度+加速度”前饋補(bǔ)償?shù)膹?fù)合前饋PID控制策略,即保留了原有PID控制的特性又能充分利用速度前饋和加速度前饋控制的優(yōu)點(diǎn),使直線電機(jī)能夠更好地應(yīng)用于高速、高精的運(yùn)動(dòng)控制中。最后,利用MATLAB/Simulink對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的直線電機(jī)建立了帶有“速度+加速度”自適應(yīng)復(fù)合前饋的模型,并對(duì)直線電機(jī)模型的升降速曲線控制效果進(jìn)行仿真。利用計(jì)算機(jī)控制的直線電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了結(jié)論的正確性,實(shí)現(xiàn)了直線電機(jī)系統(tǒng)的復(fù)合智能控制。
[Abstract]:Compared with the traditional rotary motor, the linear motor has the advantages of simple structure, small friction, high sensitivity, high precision and no limitation of speed because it has no intermediate transmission. In recent years, with the development of linear motor manufacturing level and related control technology, linear motor has been widely used in military weapons, industrial production and daily necessities, such as maglev train, high-speed and high-precision processing. Chip and integrated circuit manufacturing, high-precision instruments, etc. With the development of manufacturing industry towards high speed and precision, the application of linear motor in production and daily life will be more and more extensive in the future. Therefore, it is of great significance to study the principle of linear motor structure and the motion control technology of linear motor. PID control technology is a control technology with a long history, with the advantages of simple operation and easy realization, etc. Nowadays, it has become the most common and mature control method in industrial control. As we all know, there are three control parameters (proportion, integral, differential coefficient) in PID controller. In order to obtain satisfactory control effect, the three parameters of PID controller must be adjusted. At present, most of the tuning methods of PID parameters in actual production are manual setting, based on experience or based on tuning formula algorithm. However, because the actual industrial control process is often diversified, nonlinear and transient, the control effect of the PID parameter system adjusted by these methods is often unable to meet the requirements. Especially for linear motor system with high speed and precision, the effect of PID controller tuning is not satisfactory. On the basis of establishing the mathematical model of linear motor, this paper analyzes the setting methods of various parameters of PID controller. According to the model of experimental permanent magnet linear motor and the characteristics of linear motor system, the PID controller of linear motor is designed. The weight matrix of BP neural network of linear motor is optimized by Drosophila optimization algorithm to realize the self-tuning of PID parameters. The Matlab/Simulink model of experimental linear motor is established and simulated. It is compared with the traditional BP neural network PID control parameters self-tuning control results. The traditional linear motor servo system usually adopts the PID position tracking feedback control method, but with the continuous improvement of the control precision, the general PID control is affected by the control precision limitation, load disturbance and other factors. Control effects often fail to achieve the desired results. In this paper, a compound feedforward PID control strategy based on adaptive "velocity acceleration" feedforward compensation is proposed, which preserves the characteristics of the original PID control and makes full use of the advantages of the speed feedforward control and the acceleration feedforward control. The linear motor can be better used in high speed and high precision motion control. Finally, the model of linear motor with "velocity acceleration" adaptive compound feedforward is established by using MATLAB/Simulink, and the control effect of the ascending and descending curve of linear motor model is simulated. A large number of experiments are carried out by using the computer controlled linear motor experimental system, which verifies the correctness of the conclusion and realizes the compound intelligent control of the linear motor system.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM359.4;TP273.5

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本文編號(hào)：2390237