浮动定子直线电机运动误差一致性及其鲁棒控制算法研究-控制工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: TM341 U.D.C: 62 Dissertation for the Master’s Degree in Engineering MOTION ERROR CONSISTENCE AND ROBUST ALGORITHM OF THE FLOATING STATOR LINEAR PLATFORM Candidate： Sun Renhui Supervisor： Assoc. Prof. Long Zhili Academic Degree Applied for： Master’s Degree in Engineering Specialty： Control Engineering Affiliation： Shenzhen Graduate School Date of Defense： December, 2013 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 摘 要 高速高精直线运动平台是包括半导体行业在内的诸多重要工业领域的最重 要的关键技术设备之一。半导体行业的运动平台要求更高的速度和加速度以及精 密的定位精度。相对于传统的旋转伺服电机，直线电机省去了滚珠丝杠、联轴器 等中间机构，可以实现更高速度更大加速度下的精密定位运动，直线电机技术的 发展也使其在半导体设备中得到了广泛应用。浮动定子直线平台由于可以在高加 速度运动时保持良好的隔振率，使得运动平台震动较小，在高加速度下实现了高 精高速的定位运动。然而，由于直线电机本身在高速高加速度下的定位精度随速 度、位移命令的变化而出现定位误差变化较大的不一致性，使得直线电机的应用 受到了限制，有必要研究影响其运动误差一致性的原因及其控制算法。 本文以浮动定子直线平台为研究对象，建立了直线电机的基本模型，并对此 模型进行了系统辨识。在系统辨识的基础上搭建了高速高精运动控制系统，从加 速度、速度两个方面探讨了浮动定子直线平台在不同加速度、位移下的定位误差 不一致性的原因。开展了影响直线电机一致性的相关测试和实验，推测相关原因 并进行分析和实验验证。通过分析定子浮动与反电动势的关系判断定子浮动并不 是影响运动误差一致性的主要原因，进而进行了分析并进行了实验验证。然后， 通过系统的控制器参数变化规律相应的力变化规律，结合直线电机摩擦力辨识实 验结果，判断摩擦力的变化对直线电机的一致性有重要影响。针对加速度的不一 致性也同样进行了控制器变化规律的分析和验证。最后根据以上分析设计了基于 模型的变增益反馈及速度加速度前馈波动补偿控制算法并开展了相关实验，实验 结果显示直线电机在不同加速度、位移的规划运动下定位误差保持了良好的一致 性，满足了应用的要求。 针对直线电机的一些不确定因素的干扰，利用鲁棒控制算法能够减小乃至消 除不确定性因素造成干扰的优点，研究了直线电机的鲁棒控制算法并开展相关实 验。结果表明，直线电机的鲁棒控制器对不同速度、加速度命令的规划运动时有 良好的控制效果，其定位误差具有一致性。 关键词：浮动定子平台；直线电机；鲁棒控制；误差一致性；前馈控制 I - Abstract High speed and high precision linear motion platform is one of the most important devices of technology in many industrial areas, especilly the semiconductor industry. Semiconductor industry requires high precise positioning accuracy in motion at a high speed and high accerelation. Being a direct realization of linear motion, the linear motor eliminates the middle mechanical structure, such as ball screws, shaft coupling and other intermediate body, so it can achieve precise movement at high speeds, high accelerations. Thus, linear motor becomes the best choice for the motion platform requiring high p