高精度永磁直线进给伺服系统扰动抑制研究

由于永磁直线电机伺服系统存在端部效应力、齿槽力、摩擦力、纹波力、时滞、死区、测量误差、负载扰动、参数摄动等因素，导致系统速度波动、伺服稳定性、精确性、灵敏度下降。为实现超精密加工，从系统整体角度出发，将永磁电机优化设计与智能控制相结合，提出最小推力波动伺服系统设计准则。在分析各种扰动与结构、部件精度关系基础上，提出基于微观运动特性的推力扰动形成机理、周期性变化规律。有针对性地提出新颖的开关Q滤波器迭代学习控制算法，将传统的时间域拓展至位置、速度、迭代状态域，对控制算法的稳定性、收敛性、鲁棒性进行分析，实现周期性扰动与随机扰动无模型智能综合抑制。提出双直线伺服系统实验方案，对系统的静、动态性能分析测试。研制出具有低推力脉动、高响应速度、高精度的永磁直线进给伺服系统样机。本项目完成对提高制造装备加工精度，完善交流伺服理论和技术具有重要意义，为永磁直线伺服系统的设计、制作、分析奠定基础。

由于永磁直线电机伺服系统存在端部效应力、齿槽力、摩擦力、纹波力、时滞、死区、测量误差、负载扰动、参数摄动等因素，导致系统速度波动、伺服稳定性、精确性、灵敏度下降。为实现超精密加工，从电机本体优化设计及伺服系统控制两个方面对永磁直线同步电机（PMLSM）扰动抑制进行了深入系统研究。采用遗传算法与有限元分析相结合方法优化电机结构，首次从扰动抑制的角度提出永磁同步直线电机动子最佳长度、单槽齿槽力合成公式及端部效应力最小化分析方法；提出最小推力波动伺服系统设计准则。在分析各种扰动与结构、部件精度关系基础上，提出基于微观运动特性的推力扰动形成机理、周期性变化规律。有针对性地提出新颖的开关Q滤波器迭代学习控制算法，将传统的时间域拓展至位置、速度、迭代状态域，对控制算法的稳定性、收敛性、鲁棒性进行分析，实现了周期性扰动与随机扰动无模型智能综合抑制；首次提出基于T-S模糊模型的保成本鲁棒控制算法，实现了对速度的快速跟踪和对扰动的有效抑制。研制出具有低推力脉动、高响应速度、高精度的永磁直线进给伺服系统样机。提出双直线伺服系统实验方案，对系统的静、动态性能分析测试。采用半实物仿真及样机实验，验证了所提算法的有效性。为高精度PMLSM电机伺服系统的实际应用奠定了理论和技术基础，具有重要的学术价值。本项目完成对提高制造装备加工精度，完善交流伺服理论和技术具有重要意义。. 迄今为止，依托本项目共发表论文40篇，在国内外期刊发表论文 26篇，在国际学术会议发表论文14篇，EI收录24篇。 申请发明专利7项、实用新型专利5项。培养博士研究生3名、硕士研究生20名。