非線性雙電磁懸浮系統(tǒng)交叉耦合同步控制|加工中心
3. 3非線性雙電磁懸浮系統(tǒng)交叉耦合同步控制3. 3. 1氣隙、速度雙重交叉耦合同步控制在龍門精工加工系統(tǒng)中無(wú)論是針對(duì)單電磁懸浮系統(tǒng)的控制還是多電磁懸浮系統(tǒng) 的控制，其控制目標(biāo)就是為了減小電磁懸浮氣隙的輸出與給定之間的偏差，即電磁懸 浮系統(tǒng)的實(shí)際輸出的氣隙與設(shè)定的氣隙之間的偏差。懸浮氣隙的偏差是導(dǎo)致部件精度 下降的重要原因之一。由多電磁懸浮系統(tǒng)加工出來(lái)的部件其精度的高低是由多電磁懸 浮系統(tǒng)協(xié)調(diào)決定的。如果只是相對(duì)獨(dú)立的對(duì)各個(gè)單電磁懸浮系統(tǒng)的誤差進(jìn)行控制而不 考慮其它電磁懸浮氣隙的情況以及整體的運(yùn)行情況，那么加工出的部件就會(huì)存在很大 的誤差，尤其是在高速的情況下運(yùn)行，當(dāng)不同的電磁懸浮系統(tǒng)參數(shù)不一致時(shí)會(huì)因此導(dǎo) 致兩個(gè)系統(tǒng)不同步，使得加工出來(lái)的部件發(fā)生了形變?；诖朔N情況考慮，一種自然而然的想法就是每一個(gè)單電磁懸浮系統(tǒng)的控制器不 僅僅只接收本電磁懸浮系統(tǒng)氣隙偏差量，還需要實(shí)時(shí)接收其它電磁懸浮系統(tǒng)的氣隙偏 差以使本電磁懸浮氣隙與其它電磁懸浮系統(tǒng)的氣隙協(xié)調(diào)同步。這就是交叉耦合同步控 制器的設(shè)計(jì)理念。所謂的交叉耦合同步控制，通常情況下由兩部分構(gòu)成，第一部分是實(shí)時(shí)計(jì)算懸浮 氣隙誤差的計(jì)算模塊，第二部分則是將所計(jì)算得到的控制器輸出量按照設(shè)定的關(guān)系分 別補(bǔ)償?shù)礁鲉坞姶艖腋∠到y(tǒng)的控制器中。懸浮氣隙分配控制器可以改善各電磁懸浮系 統(tǒng)參數(shù)不匹配以及橫梁移動(dòng)不協(xié)調(diào)等諸多情況，并對(duì)外界的干擾有抑制的作用。因此, 對(duì)多電磁懸浮系統(tǒng)的同步控制通常會(huì)考慮采用交叉耦合同步控制方法及其改進(jìn)方法 來(lái)對(duì)誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。其核心原理是通過(guò)各獨(dú)立電磁懸浮系統(tǒng)反饋回來(lái)的懸浮氣 隙，實(shí)時(shí)計(jì)算懸浮氣隙誤差的大小，通過(guò)設(shè)計(jì)控制器產(chǎn)生補(bǔ)償誤差的控制信號(hào)，然后 按照設(shè)定的關(guān)系將控制信號(hào)分配給各個(gè)電磁懸浮系統(tǒng)的控制器上，從而達(dá)到減小懸浮 氣隙同步誤差和提高獨(dú)立系統(tǒng)定位控制精度的目的。從控制理論的角度來(lái)說(shuō)，交叉耦 合同步誤差補(bǔ)償方法改善系統(tǒng)定位精度的本質(zhì)就是：將開(kāi)環(huán)的懸浮氣隙控制轉(zhuǎn)化為閉 環(huán)的懸浮氣隙控制。而閉環(huán)控制相對(duì)于開(kāi)環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)在于降低了穩(wěn)態(tài)誤差和提高了 控制精度[32]。由于機(jī)械連接的緣故系統(tǒng)處于啟動(dòng)動(dòng)態(tài)過(guò)程以及進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后橫梁一端受到擾動(dòng)時(shí)都會(huì)使兩個(gè)電磁懸浮系統(tǒng)產(chǎn)生耦合關(guān)系。穩(wěn)態(tài)情況下受到擾動(dòng)后其中一個(gè)系統(tǒng)的懸浮氣隙就會(huì)變大或變小，同時(shí)另外一個(gè)電磁懸浮氣隙也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變，這樣就是 耦合關(guān)系。當(dāng)橫梁旋轉(zhuǎn)一個(gè)很小的角度時(shí)可以通過(guò)數(shù)學(xué)建模找到兩個(gè)電磁懸浮氣隙之 間的耦合關(guān)系。推導(dǎo)出耦合關(guān)系后在利用機(jī)械耦合強(qiáng)迫性的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)交叉耦合控制 器來(lái)改善雙電磁懸浮系統(tǒng)的同步性能。為了使龍門橫梁懸浮氣隙能夠穩(wěn)定在給定值， 采用的是氣隙交叉耦合同步控制方法，一方面可以減小氣隙之間的同步誤差，另外還 可以降低懸浮系統(tǒng)的阻尼。如果單獨(dú)使用氣隙交叉耦合會(huì)使磁懸浮系統(tǒng)過(guò)于單調(diào)容易 產(chǎn)生弊端。由于磁懸浮系統(tǒng)速度信號(hào)是阻尼的主要來(lái)源，所以又增加了速度交叉耦合 同步控制。3. 3. 2氣隙穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算由上一小節(jié)知為了使龍門橫梁能夠穩(wěn)定地懸浮在給定的高度本系統(tǒng)采用氣隙、速 度雙重交叉耦合同步控制。獨(dú)立系統(tǒng)采用PID控制。上式證明了速度、氣隙雙重交叉耦合同步控制器達(dá)到了減小同步誤差的目的。 由式（3.11)可知增大交叉耦合控制量炱可以減小同步，但如果乾過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定產(chǎn)生震蕩，因此需要選擇合理的交叉耦合控制量。本文采摘自“精工加工中心龍門磁懸浮系統(tǒng)耦合分析及控制研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無(wú)法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由海天精工整理發(fā)表文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！