摘要
在高速加工领域中，高速直驱进给系统以其高速度、高加速度的优良动态特性受到了越来越多的青睐。与滚珠丝杠形式的传统进给系统相比，直驱进给系统使用直线电机直接驱动进给轴，虽然消除了传动结构引入的误差，但会使得电机直接受到切削力等外界扰动的冲击，从而对进给轴的跟踪精度产生影响。此外，在直线电机中还存在着特有的推力波动现象，对进给轴产生了周期性的干扰。本文从高速直驱进给系统的控制系统设计层面出发，以提高进给轴的跟踪精度为目标，开展了以下工作： （1）分析了直驱进给系统的优势，建立了直线电机的数学模型，选择逆M序列作为系统辨识的输入信号。设计了电流环的PI控制器，将直线电机与电流环整体模型作为被控对象建立了对应的Simulink仿真模型，并通过系统辨识获得了直线电机的近似传递函数。 （2）针对直驱进给系统易受扰动的特点，提出了一种将自抗扰技术与二自由度控制器相结合的复合控制策略。引入了一种非线性跟踪微分器以抑制电机启动阶段的超调，并将其用于提取信号的微分值。基于系统辨识获得的近似模型，设计了一种模型辅助的全阶线性扩张状态观测器，并进行了稳定性分析。针对反馈调节存在滞后的问题，设计了基于前馈与PD状态反馈的二自由度控制器。面对LESO参数设置困难的状况，提出了一种基于差分进化的LESO参数整定方法。最后进行仿真实验，对提出算法的有效性进行了验证。 （3）对直线电机的推力波动现象进行了分析，建立了可辨识的端部效应简化数学模型。针对端部效应扰动模型定常与参数时变的场景，分别使用递推最小二乘法与遗忘因子最小二乘法对端部效应扰动进行了在线辨识与补偿。引入了一种非线性动态遗忘因子，并通过仿真验证了动态遗忘因子最小二乘法的良好鲁棒性能。
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