非線性雙電磁懸浮系統交叉耦合同步控制|加工中心
3. 3非線性雙電磁懸浮系統交叉耦合同步控制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中無論是針對單電磁懸浮系統的控制還是多電磁懸浮系統 的控制，其控制目標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 浮系統的實際輸出的氣隙與設定的氣隙之間的偏差。懸浮氣隙的偏差是導致部件精度 下降的重要原因之一。由多電磁懸浮系統加工出來的部件其精度的高低是由多電磁懸 浮系統協調決定的。如果只是相對獨立的對各個單電磁懸浮系統的誤差進行控制而不 考慮其它電磁懸浮氣隙的情況以及整體的運行情況，那么加工出的部件就會存在很大 的誤差，尤其是在高速的情況下運行，當不同的電磁懸浮系統參數不一致時會因此導 致兩個系統不同步，使得加工出來的部件發生了形變。基于此種情況考慮，一種自然而然的想法就是每一個單電磁懸浮系統的控制器不 僅僅只接收本電磁懸浮系統氣隙偏差量，還需要實時接收其它電磁懸浮系統的氣隙偏 差以使本電磁懸浮氣隙與其它電磁懸浮系統的氣隙協調同步。這就是交叉耦合同步控 制器的設計理念。所謂的交叉耦合同步控制，通常情況下由兩部分構成，第一部分是實時計算懸浮 氣隙誤差的計算模塊，第二部分則是將所計算得到的控制器輸出量按照設定的關系分 別補償到各單電磁懸浮系統的控制器中。懸浮氣隙分配控制器可以改善各電磁懸浮系 統參數不匹配以及橫梁移動不協調等諸多情況，并對外界的干擾有抑制的作用。因此, 對多電磁懸浮系統的同步控制通常會考慮采用交叉耦合同步控制方法及其改進方法 來對誤差進行綜合補償。其核心原理是通過各獨立電磁懸浮系統反饋回來的懸浮氣 隙，實時計算懸浮氣隙誤差的大小，通過設計控制器產生補償誤差的控制信號，然后 按照設定的關系將控制信號分配給各個電磁懸浮系統的控制器上，從而達到減小懸浮 氣隙同步誤差和提高獨立系統定位控制精度的目的。從控制理論的角度來說，交叉耦 合同步誤差補償方法改善系統定位精度的本質就是：將開環的懸浮氣隙控制轉化為閉 環的懸浮氣隙控制。而閉環控制相對于開環控制的優點在于降低了穩態誤差和提高了 控制精度[32]。由于機械連接的緣故系統處于啟動動態過程以及進入穩態后橫梁一端受到擾動時都會使兩個電磁懸浮系統產生耦合關系。穩態情況下受到擾動后其中一個系統的懸浮氣隙就會變大或變小，同時另外一個電磁懸浮氣隙也會相應的發生改變，這樣就是 耦合關系。當橫梁旋轉一個很小的角度時可以通過數學建模找到兩個電磁懸浮氣隙之 間的耦合關系。推導出耦合關系后在利用機械耦合強迫性的基礎上設計交叉耦合控制 器來改善雙電磁懸浮系統的同步性能。為了使龍門橫梁懸浮氣隙能夠穩定在給定值， 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 可以降低懸浮系統的阻尼。如果單獨使用氣隙交叉耦合會使磁懸浮系統過于單調容易 產生弊端。由于磁懸浮系統速度信號是阻尼的主要來源，所以又增加了速度交叉耦合 同步控制。3. 3. 2氣隙穩態誤差計算由上一小節知為了使龍門橫梁能夠穩定地懸浮在給定的高度本系統采用氣隙、速 度雙重交叉耦合同步控制。獨立系統采用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，但如果乾過大會使系統不穩定產生震蕩，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耦合分析及控制研究”，因為編輯困難導致有些函數、表格、圖片、內容無法顯示，有需要者可以在網絡中查找相關文章！本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！