直线电机进给系统轮廓误差预测控制方法及仿真研究

杨泽青; 刘奇; 薄敬东; 刘丽冰; 魏强

doi:10.13433/j.cnki.1003-8728.20200567

直线电机进给系统轮廓误差预测控制方法及仿真研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200567

杨泽青^{1, 2,},
刘奇^{1, 2},
薄敬东^{1, 3, ,},
刘丽冰^{1, 2},
魏强^{1, 2}

1.
河北工业大学机械工程学院，天津　300130
2.
国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心，天津　300401
3.
华北理工大学电气工程学院，河北唐山　063210

基金项目: 国家自然科学基金项目（52175461）、天津市智能制造专项（20201199）、河北省自然科学基金和重点基础研究专项项目（E2017202294）及天津市自然科学基金项目（16JCYBJC19100）

详细信息

作者简介:
杨泽青（1982−），副教授，博士，研究方向为高精度数控机床特性测试与控制，视觉缺陷检测与分类识别，yzq82@163.com

通讯作者:
薄敬东，讲师，博士研究生，bojingdong@163.com

中图分类号: TG502.1
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出版历程
- 收稿日期: 2021-01-05
- 刊出日期: 2023-03-25

Contour Error Predictive Control Methodology and Simulation of Linear Motor Feeding System

YANG Zeqing^{1, 2
,},
LIU Qi^{1, 2},
BO Jingdong^{1, 3
, ,},
LIU Libing^{1, 2},
WEI Qiang^{1, 2}

1.
School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China
2.
National Engineering Research Center for Technological Innovation Method and Tool, Tianjin 300401, China
3.
School of Electrical Engineering, North China University of Science and Technology,Tangshan 063210, Hebei, China

摘要

摘要: 为提高永磁同步直线电机驱动的进给系统轮廓轨迹跟踪精度和系统的动态性能，提出了一种显式模型预测交叉耦合控制方法（Explicit model predictive cross-coupled control, EMPCCC）。该方法结合显式预测控制原理与交叉耦合控制思想，对单轴电流和速度信号进行多步预测，将轮廓误差作为反馈量来修正预测控制的给定轨迹，达到轮廓误差预测控制的目的。基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型，结果表明，所提EMPCCC方法能快速实现不同转速波形的无超调跟踪控制，且可以实时估计并补偿轮廓误差，提升不同轨迹的轮廓精度。
- 永磁同步直线电机 /
- 轮廓误差 /
- 模型预测控制 /
- 交叉耦合控制
Abstract: An explicit model predictive cross-coupled control (EMPCCC) method is proposed to improve the contour trajectory tracking accuracy and the dynamic performance of the system driven by a permanent magnet synchronous linear motor.The method combines the explicit predictive control with cross-coupling control to perform multi-step prediction of single-axis current and velocity signals, and use the contour error as a feedback quantity to correct the given trajectory of the predictive control to achieve the purpose of contour error predictive control.Finally, the simulation model is built based on MATLAB/Simulink, and the simulation results show that the EMPCCC method can quickly achieve overshoot-free tracking control of different speed waveforms, and it can estimate and compensate the contour error to improve the contour accuracy of different trajectories.
- permanent magnet synchronous linear motors /
- contour errors /
- model predictive control /
- cross-coupling control

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图 1 典型轨迹轮廓误差模型示意图

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图 2 多点圆近似法自由曲线轮廓误差估计模型

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图 3 显式模型预测交叉耦合控制系统框图

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图 4 显式速度-电流预测模型图

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图 5 单轴PID级联控制仿真模型图

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图 6 单轴显式速度-电流预测控制仿真模型图

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图 7 单轴PID级联控制方法阶跃响应

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图 8 单轴显式速度-电流预测控制方法阶跃响应

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图 9 单轴PID级联控制方法三角波信号响应

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图 10 单轴显式速度-电流预测控制方法三角波信号响应

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图 11 EMPCCC控制仿真模型图

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图 12 圆轨迹EMPCCC方法与PID方法对比图

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图 13 圆轨迹放大对比图

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图 14 圆轨迹轮廓误差图

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图 15 自由轨迹EMPCCC方法与PID方法对比图

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图 16 自由轨迹放大对比图

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图 17 自由轨迹轮廓误差图

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表 1 永磁同步直线电机参数

电机参数	数值
相电阻R_s/Ω	4.7
交轴、直轴电感L_d、L_q / mH	34
电机粘性阻尼系数B/（N·s·m⁻¹）	0.035 14
永磁体磁链ψ_f / Wb	0.308 79
转动惯量J /10⁻⁴ (kg·m²)	2.64
负载转矩T_L/10⁻² (N·m)	4.536 7

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