摘要
矢量控制的永磁同步电机(PMSM)伺服系统广泛应用于数控机床中。然而由于PMSM具有非线性、参数时变性等特点，单纯的PID控制难以满足进给伺服系统的性能要求。而且存在于伺服传动机构中的摩擦严重影响了系统的控制精度，并在低速运动时表现出爬行现象。随着数控机床高速、高精度的发展，研究高性能的进给伺服系统具有重要的现实意义。 控制策略在数控进给伺服系统中发挥着至关重要的作用。本论文以模糊理论的控制策略为切入点，建立数控进给伺服系统的仿真模型，并着重研究了数控进给伺服系统的复合控制策略，同时对影响控制器性能的主要参数作了进一步的分析。 模糊控制的优势在于不依赖对象精确的数学模型，而且对参数变化不敏感，具有较强的灵活性和抗干扰能力。本文介绍了模糊控制器设计的基本方法，并分析了量化因子和比例因子对系统的动态性能指标-上升时间、超调量、响应时间的影响。 根据数控进给伺服系统的结构特点，建立了伺服控制和机械进给系统相结合的综合模型。为了提高伺服系统的性能，本文设计了一种模糊PID复合控制器，并着重研究了隶属函数的确定和控制规则的建立。然后将PID控制器和模糊PID控制器引入系统模型中，分析比较两者的控制效果。仿真结果表明，模糊PID控制响应快、跟踪精度高，比PID控制具有更强的鲁棒性和抗干扰能力，能够更好的满足数控进给伺服系统的性能要求。 为了抑制摩擦力对数控进给伺服系统的非线性作用，建立了Stribeck+静摩擦力模型，并设计一种基于遗传算法的模糊补偿控制器，从而实现了遗传算法对模糊控制规则的自优化功能。然后将模糊补偿器应用于伺服系统中，仿真结果表明有效抑制了系统的低速爬行现象，而且提高了进给伺服系统的动态性能。本文还采用不同的初始控制规则进行分析，结果表明初始值对遗传算法的收敛速度和对系统的摩擦补偿效果有一定的影响。
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