pid直线电机控制系统设计(附件)
随着科技的发展，直线电机驱动技术的要求随着科技的发展越来越高，同样控制方法也是如此。文章第一部分介绍直线电机的结构和原理，国内与国外的发展对比，并利用直线电机矢量控制，将三相转变为两相，旋转电机转化为直线电机的坐标变换，将复杂问题简单化，再搭建电机的模型。接下来就是对控制方法进行了解与应用，最后再将数学模型搭建出来，点击run键运行仿真，电机控制系统的相关波形图出来后，进行分析。本文选用了一款永磁同步直线电机，在Matlab/Simulink中建立模型并仿真。本文采用的是传统的PID控制方法。在建立了各个仿真模块之后，运行得到相应的仿真图形，最后根据得到波形图的走向得到结论。关键词 永磁同步直线电机，PID控制方法，数学模型，仿真运行
目 录
1 绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3论文研究内容 4
1.4本章小结 4
2 直线电机的基本介绍 4
2.1直线电机驱动 5
2.1.1“驱动系统+导向系统” 5
2.1.2“控制系统+检测系统” 5
2.2结构原理 6
2.2.1直线电机的基本结构 6
2.2.2直线电机运行原理 7
2.3直线电机矢量控制的坐标变换 8
2.4搭建永磁同步直线电机的数学模型 9
2.4.1在dp坐标系下的数学描述 9
2.4.2永磁同步直线电机在Matlab下的仿真图 10
2.5本章小结 11
3 基于PID的直线电机控制方法 11
3.1直线电机的PID控制 12
3.1.1比例、积分、微分控制的定义 12
3.1.2 关于PID控制器的基本原理 13
3.1.3建立比例微分控制器 14
3.1.4基于PID控制方法的直线电机伺服控制系统 15
3.2控制系统的仿真 16
3.2.1 速度环PID控制模块 16
3.2.2 电流环PID控制模块 16
3.3 利用临界比例度法进行参数整定 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
br /> 3.4 系统仿真 18
3.5 得出结论 18
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1选题背景及意义
如今的基本运动结构是利用提升机床的运动结构，其中直线电机完善了传统的运动机构，它摆脱中间环节的束缚，忽略了传动的部分，从而产生直线运动，这样就可更加便捷地实现一些高要求，例如速度、加速度和精度方面的追求。如今的直线电机对速度与精度又非常高的要求，另一方面直线电机在结构上比旋转电机优化，不尽相同，所以传统的方法和理想的效果不可能达到一致，为了弥补这一问题，需要提高数控机床的性能问题。
21世纪初，中国在消费机床[1]上有很高的比重，不仅如此，占世界上的进口中高端机床十分高的比例[2]。从国家的各种博览会以及各种世博会中，可清楚地了解到我国对国产中高档数控机床在装备制造业中合适应用的十分大的市场。
加工与效率是亘古不变的问题。为了解决效率问题并达到直线电机的基本要求：驱动系统速度高、精度高加减速度高，大都从两个方面完善：其一完善机床系统和硬件部分；其二是改变控制方法。
“旋转电机+滚珠丝杠”是基本的传动方式，任何运动传动方式越复杂，误差就越大，误差越大就会间接或直接影响到其他控制因素。以直线电机作为驱动的核心部件，它产生的运动是直线的，直线运动会提高它的最大速度与传动精度，简化了机构那么另一方面在建立模型方面就比较难，工业生产中，控制系统的数学模型由外部干扰和负荷变化等造成的不确定的变化，与研究的传统控制方法的要求矛盾，这就使得高性能的要求很难实现。如此就要求用直线电机的高性能的控制方法。
类似提出带前馈模糊PID这种的控制方法是人们对直线电机的驱动技术进行探讨的结果，这些控制方法是采用直线电机驱动及其高性能控制方法来提高数控多项性能[3]来实现的。
1.2国内外研究现状
直线电机优化了结构上的不足，传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的驱动性能已经远远低于直线电机，表1.1就是两种电机的性能比较表。直线电机是采用永磁体为原材料，因为直线电动机驱动技术的发展[4]，并且材料学也在不断发展使得直线电机的成本跟着下降，所以从长期来看，使用直线电机更能节省成本[5]。直线电机的性价比越来越高，被广泛应用于大多数的行业[6]。
表1.1 传动性能比较
/
在探索阶段，因为一些方面的不足，所以直线电机一直没有得到很好的发展。而近年来，得益于相关行业的蓬勃发展，直线电机迎来了开发应用阶段。期间各国的研究者都在致力于直线电机的发展，不断提高对直线电机的认识，加快电机的发展速度，这对直线电机的发展研究起到重大作用，技术发展了，必定会被应用于实际生活中，生活中运用到直驱技术的设备也陆续发明出来。70年代，进入了直线电机的实用商品阶段，技术已经发展成熟，那么实际应用也进入了更深的层次[7]。研究者们在直线电机的运用方面取得很大突破，这就带动了制造装备业的发展，使其借鉴直线电机的原理，开发新型技术，提升机床的多项性能。目前，直线电机已经被机床领域成熟应用，其中，表1.2是列举的一些国外具有标志性的产品：
表1.2：国外直线电机的发展状况
/
与此相比，国内在这方面的研究就比较落后，但是，即使国内研究者对直线电机伺服驱动系统的探索起步较晚，与国外有很大差距，同样也取得了不容忽视的成果[9]，如表1.3所示。
表1.3：国内直线电机发展状况
/
1.3论文研究内容
先熟悉直线电机的结构组成和工作原理是基础，接着熟练运用相关的软件，也就是Matlab/Simulink，在此前提下建立永磁同步直线电机的相关数学模型。
目 录
1 绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3论文研究内容 4
1.4本章小结 4
2 直线电机的基本介绍 4
2.1直线电机驱动 5
2.1.1“驱动系统+导向系统” 5
2.1.2“控制系统+检测系统” 5
2.2结构原理 6
2.2.1直线电机的基本结构 6
2.2.2直线电机运行原理 7
2.3直线电机矢量控制的坐标变换 8
2.4搭建永磁同步直线电机的数学模型 9
2.4.1在dp坐标系下的数学描述 9
2.4.2永磁同步直线电机在Matlab下的仿真图 10
2.5本章小结 11
3 基于PID的直线电机控制方法 11
3.1直线电机的PID控制 12
3.1.1比例、积分、微分控制的定义 12
3.1.2 关于PID控制器的基本原理 13
3.1.3建立比例微分控制器 14
3.1.4基于PID控制方法的直线电机伺服控制系统 15
3.2控制系统的仿真 16
3.2.1 速度环PID控制模块 16
3.2.2 电流环PID控制模块 16
3.3 利用临界比例度法进行参数整定 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
br /> 3.4 系统仿真 18
3.5 得出结论 18
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1选题背景及意义
如今的基本运动结构是利用提升机床的运动结构，其中直线电机完善了传统的运动机构，它摆脱中间环节的束缚，忽略了传动的部分，从而产生直线运动，这样就可更加便捷地实现一些高要求，例如速度、加速度和精度方面的追求。如今的直线电机对速度与精度又非常高的要求，另一方面直线电机在结构上比旋转电机优化，不尽相同，所以传统的方法和理想的效果不可能达到一致，为了弥补这一问题，需要提高数控机床的性能问题。
21世纪初，中国在消费机床[1]上有很高的比重，不仅如此，占世界上的进口中高端机床十分高的比例[2]。从国家的各种博览会以及各种世博会中，可清楚地了解到我国对国产中高档数控机床在装备制造业中合适应用的十分大的市场。
加工与效率是亘古不变的问题。为了解决效率问题并达到直线电机的基本要求：驱动系统速度高、精度高加减速度高，大都从两个方面完善：其一完善机床系统和硬件部分；其二是改变控制方法。
“旋转电机+滚珠丝杠”是基本的传动方式，任何运动传动方式越复杂，误差就越大，误差越大就会间接或直接影响到其他控制因素。以直线电机作为驱动的核心部件，它产生的运动是直线的，直线运动会提高它的最大速度与传动精度，简化了机构那么另一方面在建立模型方面就比较难，工业生产中，控制系统的数学模型由外部干扰和负荷变化等造成的不确定的变化，与研究的传统控制方法的要求矛盾，这就使得高性能的要求很难实现。如此就要求用直线电机的高性能的控制方法。
类似提出带前馈模糊PID这种的控制方法是人们对直线电机的驱动技术进行探讨的结果，这些控制方法是采用直线电机驱动及其高性能控制方法来提高数控多项性能[3]来实现的。
1.2国内外研究现状
直线电机优化了结构上的不足，传统的“旋转电机+滚珠丝杠”的驱动性能已经远远低于直线电机，表1.1就是两种电机的性能比较表。直线电机是采用永磁体为原材料，因为直线电动机驱动技术的发展[4]，并且材料学也在不断发展使得直线电机的成本跟着下降，所以从长期来看，使用直线电机更能节省成本[5]。直线电机的性价比越来越高，被广泛应用于大多数的行业[6]。
表1.1 传动性能比较
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在探索阶段，因为一些方面的不足，所以直线电机一直没有得到很好的发展。而近年来，得益于相关行业的蓬勃发展，直线电机迎来了开发应用阶段。期间各国的研究者都在致力于直线电机的发展，不断提高对直线电机的认识，加快电机的发展速度，这对直线电机的发展研究起到重大作用，技术发展了，必定会被应用于实际生活中，生活中运用到直驱技术的设备也陆续发明出来。70年代，进入了直线电机的实用商品阶段，技术已经发展成熟，那么实际应用也进入了更深的层次[7]。研究者们在直线电机的运用方面取得很大突破，这就带动了制造装备业的发展，使其借鉴直线电机的原理，开发新型技术，提升机床的多项性能。目前，直线电机已经被机床领域成熟应用，其中，表1.2是列举的一些国外具有标志性的产品：
表1.2：国外直线电机的发展状况
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与此相比，国内在这方面的研究就比较落后，但是，即使国内研究者对直线电机伺服驱动系统的探索起步较晚，与国外有很大差距，同样也取得了不容忽视的成果[9]，如表1.3所示。
表1.3：国内直线电机发展状况
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1.3论文研究内容
先熟悉直线电机的结构组成和工作原理是基础，接着熟练运用相关的软件，也就是Matlab/Simulink，在此前提下建立永磁同步直线电机的相关数学模型。
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