【摘要】：主動磁懸浮導軌系統(tǒng)是利用電磁力把導軌工作臺穩(wěn)定懸浮起來的一種新型的平面多點支承系統(tǒng)。與普通導軌相比,主動磁懸浮導軌具有無摩擦阻力、無接觸磨損、無需潤滑、精度高、壽命長等優(yōu)點。由于主動磁懸浮導軌的滑箱與導板之間相對運動時表面沒有接觸,大大地減小了運動阻力,因而加快了導軌的運動響應,為提高數(shù)控機床的進給速度提供了技術條件,避免了因機械摩擦和直接接觸而導致的導軌壽命縮短和加工精度下降等問題,因而主動磁懸浮導軌的可靠性遠遠高于普通導軌。與靜壓導軌相比,由于主動磁懸浮導軌省掉了龐大的油路系統(tǒng),所以減輕了環(huán)境污染、降低了潔凈防塵條件,因此,主動磁懸浮導軌支承技術有望得到迅速的發(fā)展。從機床導軌的承載特性考慮,主動磁懸浮導軌的工作平面必須采用多點支承,但是對于一個平面而言,這種多點支承就存在主動式過約束。隨著主動磁懸浮技術的深入研究,發(fā)現(xiàn)多點支承的主動磁懸浮導軌系統(tǒng)的主動式過約束會引起“顫振”,導致難以將先進的控制策略應用到平面多點支承的主動磁懸浮導軌系統(tǒng)中,也難以進一步提高主動磁懸浮導軌的承載能力和控制精度,甚至阻礙了主動磁懸浮導軌的研究工作。首先,本文針對多點支承的主動磁懸浮導軌中出現(xiàn)的“顫振”問題進行了一系列的研究,提出了一種產生主動式磁阻尼的新方法來解決顫振問題。其次,在解決顫振問題之后,引入了基于PID控制、模型參考自適應控制及滑模變結構控制的特征主導型控制策略,并借助非線性補償?shù)氖侄蝸磉M一步提升主動磁懸浮導軌的性能。最后,搭建了主動磁懸浮導軌的實驗平臺,開展了相關的仿真和實驗研究,消除了“顫振”的影響,實現(xiàn)了主動磁懸浮導軌的平穩(wěn)運行,提升了系統(tǒng)性能。本文詳細的研究內容如下:1.設計了主動磁懸浮導軌系統(tǒng)的結構,分析了主動磁懸浮導軌的工作機理,建立了主動磁懸浮導軌的數(shù)學模型,著重對主動磁懸浮導軌系統(tǒng)中的剛度一阻尼特性進行了分析與計算。2.針對多點支承的主動磁懸浮導軌中存在的主動式過約束,分析了過約束產生顫振的機理,提出了一種磁阻尼控制的新方法,用于解決多點支承的主動磁懸浮系統(tǒng)中的顫振問題。建立了主動磁懸浮導軌工作臺平面的法向磁阻尼模型,并對相應的磁阻尼力進行了相關的計算,為解決多點支承的主動磁懸浮導軌中的顫振提供了必要的理論依據(jù)。3.解決了主動磁懸浮導軌系統(tǒng)中的顫振問題之后,提出了特征主導型控制策略,根據(jù)導軌處于平動段、過渡段和沖擊段三種不同的工作狀態(tài),分別采取PID主導控制策略、模型參考自適應主導控制策略、滑模變結構主導控制策略,并構建了相關的控制系統(tǒng),進行了相應的仿真研究,進一步提升了主動磁懸浮導軌的性能,對最終克服多點支承系統(tǒng)的技術難點起到至關重要的作用。4.引用課題組的前期成果—非線性功率放大器,減少系統(tǒng)的非線性影響。通過采用非線性功率放大器,使控制對象等效地轉換為一個線性子系統(tǒng),從而可以更廣泛地引入一些先進算法,進一步擴大了系統(tǒng)的穩(wěn)定域。5.研究并搭建了主動磁懸浮導軌系統(tǒng)的硬件及實驗平臺,為驗證課題的研究結論創(chuàng)造了條件。構建了基于DSP TMS320F28335的主動磁懸浮導軌控制系統(tǒng)的模擬實驗平臺,進行了相關的硬件、軟件調試等實驗研究,尤其針對主動磁懸浮導軌系統(tǒng)中的主要控制芯片、位移傳感器等進行了相關的研究,并進行了相應的參數(shù)分析及關鍵部分的硬件電路設計,利用所研發(fā)的實驗平臺驗證了主動磁懸浮導軌系統(tǒng)中磁阻尼及特征主導型控制策略的正確性。最后,對全文進行了研究總結與工作展望,總結了論文完成的主要內容,并提出了論文內容有待于深入研究的方面。
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【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG659

【參考文獻】

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本文編號：2450925