[发明专利]一种数控机床驱动用直线伺服电机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度数控机床进给驱动用直线伺服电机的控制方法，尤其涉及一种带有IP反馈控制和模糊控制的直线伺服电机的矢量控制方法。

背景技术

直线永磁交流伺服系统省掉了机械传动机构，将负载直接与永磁直线同步电动机PMLSM的动子相连，把控制对象与电机做成一体化结构，消除了机械速度变换机构所带来的一些不良影响，如摩擦机械后冲弹性变形等，在高精度微进给伺服系统应用中具有非常大的优势。但是，由于直线电机直接与加工刀具连接，外部负载的扰动、摩擦力会直接传给直线电机，再考虑到直线电机在工作时各种参数的变化以及控制系统的不确定因素的影响，这就对直线电机的控制提出了更高的要求。

由于正弦波直线永磁电机具有高功率密度以及快速、精确的高控制性能，使其成为进给驱动用直线电机的首选。对于这种电机控制方法的研究一直以来是一个热点，例如采用鲁棒控制技术来克服控制系统的各种扰动，但这种方法是基于精确模型参数的控制方法，而直线电机的模型具有诸多不确定性而且有些参数难以测量。有人考虑采用传统的自适应控制方法，包括模型参考自适应控制、自调节控制以及滑模变结构控制等，这类控制方法的优点是可以摆脱对电机精确参数的依赖。智能控制技术如模糊控制、神经网络控制等近年来已经被研究者应用于伺服驱动控制中，并取得了理想的运动控制性能。但是目前还没有将带神经网络补偿的IP控制、带干扰观测器的模糊控制以及交流电机的矢量控制结合在一起的技术用于电机控制中。

发明内容

发明目的：为了克服直接进给驱动控制系统中出现的在外部干扰影响下系统不稳定、控制精度差和动态响应能力低等问题，本发明提供一种将带神经网络补偿的IP控制和模糊控制相结合的正弦波直线伺服电机的控制方法，该控制方法将自适应控制、模糊控制已及交流电机的矢量控制结合在一起，可有效地克服各种扰动和不确定性对控制系统的影响，能够直线伺服电机的稳定性、精确度和动态响应能力。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种数控机床驱动用直线伺服电机控制方法，该控制方法通过反馈信号检测模块、位置控制环、速度控制环和电流控制环对正弦波直线电机进行控制，所述反馈信号检测模块包括位置检测模块、速度检测模块和电流检测模块；具体控制方法包括以下步骤：

（1）位置检测模块将检测的动子实时位移信号x与给定位移信号x^*进行比较，产生位移误差Δx，将位移误差Δx传送给位置控制环，作为位置控制环的输入信号；

（2）位置控制环采用PI反馈控制和神经网络给定补偿控制相结合的复合控制方法，位移误差Δx经过PI控制器后输出给定速度信号v^*；

在PI控制器中引入神经网络给定补偿控制器，通过神经网络给定补偿控制器的输出信号v_cmp1和v_cmp2对速度误差Δv的补偿，消除直线电机端部效应引起的推力对直线伺服系统性能的影响；所述神经网络给定补偿控制器包括两个具有相同结构和联结权值的组成部分，即神经网络NN₁和神经网络NN₂；所述神经网络NN₂用于辨识被控对象的模型，对被控对象进行逆向建模，神经网络NN₂的输入为动子实时位移信号x以及v_cmp1+Δv，神经网络NN₂的输出为速度信号v_cmp1；所述神经网络NN₁作为给定补偿控制器，神经网络NN₁的输入为给定位移信号x^*以及v_cmp1+Δv，神经网络NN₁的输出为速度补偿信号v_cmp2，当被控对象变化时，神经网络NN₁随之变化；

PI控制器输出的给定速度信号v^*与速度检测模块测量的实际速度信号v进行比较产生速度误差Δv和速度误差变化率dΔv，将速度误差Δv和速度误差变化率dΔv传送给速度控制环，作为速度控制环的输入信号；