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《沈阳工业大学》 2013年
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数控机床横梁磁悬浮系统的先进滑模控制策略研究

张健  
【摘要】:龙门移动式数控机床中移动部件横梁和静止导轨之间存在的摩擦,限制了机床加工精度的提高。为了减少摩擦所引起的加工误差,本文采用无机械接触的横梁磁悬浮系统代替传统支撑系统来彻底消除摩擦,实现精加工。本文的研究目标是针对垂直方向横梁支撑部分中的单端单电磁悬浮系统,采用先进的滑模变结构控制策略,确保对悬浮气隙的快速跟踪和强鲁棒性。 首先,在分析横梁磁悬浮系统支撑部分悬浮原理的基础上,建立了单端单电磁悬浮系统的数学模型。为了便于控制器的设计,针对系统非线性特点,又采用坐标变换理论,将其转换为三阶单输入单输出仿射非线性数学模型。 其次,针对滑模变结构控制中存在的抖振会导致悬浮气隙的控制精度下降的问题,设计了两种先进的滑模变结构控制方案。第一种方案采用动态积分滑模变结构控制,其通过改变滑模变结构切换面的设计方法,达到了削弱抖振的目的;第二种方案采用二阶滑模变结构控制,并通过超螺旋算法计算出控制律,在保证控制系统强鲁棒性的前提下,有效地削弱了滑模变结构控制中存在的抖振现象。 再次,针对滑模变结构控制中存在的到达阶段会导致悬浮气隙的跟踪速度下降和鲁棒性变差的问题,本文采用时变滑模变结构控制,该控制策略能以最快速度实现系统滑模运动,有效的解决了滑模变结构控制中系统状态变量在到达阶段对内部参数摄动和外部干扰鲁棒性差的问题。 最后,通过MATLAB仿真软件验证了在龙门移动式数控机床单端磁悬浮支撑系统中采用上述三种先进的滑模变结构控制策略,能够不同程度地提升采用所设计滑模变结构控制的悬浮系统的控制性能,确保单端磁悬浮支撑系统的快速跟踪性和强鲁棒性。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TG659

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【参考文献】
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