[发明专利]一种直线电机进给系统机电集成建模方法

权利要求书

1.一种直线电机进给系统机电集成建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，分析与计算伺服驱动电路中各环节非线性因素产生的输出电压谐波；

步骤二，建立电流环控制模型，将步骤一得到的电压谐波以干扰的形式引入模型，利用传函理论和拉式变换，得到作为伺服输出电流的电流环输出的三相电流；

步骤三，利用麦克斯韦方程以及许克变换，得到考虑直线电机磁链谐波、端部效应以及齿槽效应非线性因素的电机气隙磁场，结合步骤二得到的伺服输出电流，利用电磁能量法计算得到电机的输出推力；

步骤四，利用拉格朗日方程计算得到直线电机进给系统的机械动力学方程；

步骤五，根据位置环采用P控制，速度环采用PI控制，电流环等效为比例增益，将步骤一至三中的伺服驱动电路、电流环以及直线电机三部分的非线性特性表示为电机输出推力，以干扰的形式引入模型；将步骤四的机械动力学方程中除进给方向以外的其他方向上的动态特性分别等效为相对独立的二阶振荡系统引入集成模型，通过实验辨识得到模型中的各个参数，最终建立如下的进给系统机电集成模型，

[(x_i-x₀)·G_p(s)-x₀·s]·G_v(s)·K_A·K_F＝F_m

(F_m+F_r)·G_mf(s)+∑(F_m+F_r)·G_mi(s)＝x₀

其中，x_i是指令信号，x_o为位移输出信号，G_p(s)为位置环控制传函，s为微分算子，G_v(s)为速度环控制传函，K_A为电流环等效比例增益，K_F为电机推力常数，F_m为电机输出名义推力，F_r为电机输出谐波力，G_mf(s)为机械系统进给方向模型，G_mi(s)为机械系统其他方向动力学模型；

建立直线电机进给系统机电集成模型时，进行以下假设：

1)不考虑数控系统的插补和加减速作用；

2)假设进给系统为连续型；

3)忽略伺服系统中的小延时环节；

4)不考虑反馈回路的比例系数，将其等效为1。

2.根据权利要求1所述的一种直线电机进给系统机电集成建模方法，其特征在于，步骤一中，根据驱动电路的结构组成，综合考虑非线性因素死区效应、调制谐波和电感谐波，计算得到作用于电机线圈的谐波电压u_a、u_b和u_c。

3.根据权利要求1所述的一种直线电机进给系统机电集成建模方法，其特征在于，步骤二中，在建立的电流环模型中，考虑电流前向滤波器和反馈滤波器的时延，电流环采用PI控制，将PWM逆变器和电机线圈做等效处理，利用传函理论和拉式变换，得到伺服输出电流为，

其中，I_man,I_mbn,I_mcn分别为三相电流各项谐波的幅值，ω为电流基频，θ为电流相位。