[发明专利]一种永磁同步直线电机进给系统机电耦合建模方法

说明书

本发明提供一种永磁同步直线电机进给系统机电耦合建模方法，包括以下步骤：1.利用电磁能量法分析与计算永磁同步直线电机伺服输出推力的频谱特征；2.利用拉格朗日方程建立永磁同步直线电机进给系统机械动力学模型；3.分析永磁同步直线电机进给系统伺服驱动和机械系统之间的相互耦合作用关系；4.根据伺服驱动和机械系统之间的相互耦合作用关系，建立永磁同步直线电机进给系统多因素耦合机电耦合模型。本发明能够快速有效的分析系统中各类耦合问题的本质规律。同时快速可靠的评价各类机电耦合对系统运动平稳性的影响大小。进一步补充了由于机电耦合问题造成的新变化，完善了复杂机电系统的集成建模方法。

技术领域

本发明涉及高速数控机床动态性能分析领域，具体为一种永磁同步直线电机进给系统机电耦合建模方法。

背景技术

近些年，随着数控加工高效高精化需求的日益提高，永磁直线电机进给系统以其出众的大推力、高速度、高加速度以及高精度等优点，在高档数控机床中具有广阔的应用前景。直线电机进给系统独特的零传动结构使得电机推力直接作用于机械系统，而外界干扰等因素造成的机械振荡也直接反作用于电机。伺服驱动和机械系统之间的相互耦合关系更加紧密，已经成为影响直线电机进给系统运动平稳性的重要因素。尤其是实际应用于数控机床的直线电机进给系统，机械系统并非理想的单惯量系统，受各动结合部特性的影响，具有多阶振荡模态，会加剧系统间的耦合关系，恶化系统运动精度。

目前研究分析工作中，由于忽略机械系统的动态特性，永磁同步直线电机进给系统中的机电耦合问题还没有得到系统深入的分析与研究。而且受众多因素的影响，伺服驱动和机械系统间存在着并非一种机电耦合现象，各个耦合回路之间还存在相互影响，加大了研究分析的难度。如何能够对机电耦合问题进行系统的建模与分析对于进一步控制和改善耦合的影响具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种永磁同步直线电机进给系统机电耦合建模方法，能够快速有效的对系统中存在的几类典型机电耦合现象进行解析表征，揭示耦合的本质规律，同时能够定量描述其对系统运动平稳性的影响，对于机电耦合问题的评价以及控制改善具有重要的意义。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种永磁同步直线电机进给系统机电耦合建模方法，包括以下步骤：

步骤一，利用电磁能量法分析与计算永磁同步直线电机伺服输出推力的频谱特征；

步骤二，利用拉格朗日方程建立永磁同步直线电机进给系统机械动力学模型；

步骤三，基于步骤一的伺服输出推力频谱特征和步骤二的进给系统机械动力学模型，从机械扭转振荡引起的直线电机气隙变化、推力谐波造成的机械振荡和机械扭转振荡对光栅尺反馈信号的影响三个方面，分析永磁同步直线电机进给系统伺服驱动和机械系统之间的相互耦合作用关系；

步骤四，根据步骤三中得到的伺服驱动和机械系统之间的相互耦合作用关系，建立永磁同步直线电机进给系统多因素耦合机电耦合模型如下，