直線電機的驅(qū)動控制技術(shù)應用

　　一個直線電機應用系統(tǒng)不僅是性能良好的直線電機，還必須是能在安全可靠的條件下實現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟要求的控制系統(tǒng)。隨著自動控制技術(shù)與微計算機技術(shù)的發(fā)展，直線電機的控制方法越來越多。對直線電機控制技術(shù)的研究基本上可以分為三個方面：一是傳統(tǒng)控制技術(shù)，二是現(xiàn)代控制技術(shù)，三是智能控制技術(shù)。

　　傳統(tǒng)的控制技術(shù)如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。其中PID控制蘊涵動態(tài)控制過程中的過去、現(xiàn)在和未來的信息，而且配置幾乎為最優(yōu)，具有較強的魯棒性，是交流伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)中最基本的控制方式。為了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技術(shù)。

　　在對象模型確定、不變化且是線性的以及操作條件、運行環(huán)境是確定不變的條件下，采用傳統(tǒng)控制技術(shù)是簡單有效的。但是在高精度微進給的高性能場合，就必須考慮對象結(jié)構(gòu)與參數(shù)的變化。各種非線性的影響，運行環(huán)境的改變及環(huán)境干擾等時變和不確定因數(shù)，才能得到滿意的控制效果。因此，現(xiàn)代控制技術(shù)在直線伺服電機控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有自適應控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制及智能控制。

　　近年來模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制方法也被引入直線電動機驅(qū)動系統(tǒng)的控制中。目前主要是將模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡與PID、H∞控制等現(xiàn)有的成熟的控制方法相結(jié)合，取長補短，以獲得更好的控制性能。

　　3 直線電機的驅(qū)動控制技術(shù)應用

　　3．1 活塞車削數(shù)控系統(tǒng)

　　在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，把機床進給傳動鏈的長度縮短為零，因而這種傳動方式又被稱為“零傳動”。正是由于這種“零傳動”方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動方式無法達到的性能指標和優(yōu)點。其一，高速響應。由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應時間常數(shù)較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。其二，精度高。直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機械機構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。采用直線電機的直線運動機構(gòu)由于具有響應快、精度高的特點，已成功地應用于異型截面工件的CNC車削和磨削加工中。針對產(chǎn)量最大的非圓截面零件，國防科學技術(shù)大學非圓切削研究中心開發(fā)了基于直線電機的高頻響大行程數(shù)控進給單元。當用于數(shù)控活塞機床時，工作臺尺寸為600 mm×320 mm，行程為100 mm，最大推力為160 N，最大加速度可達13 g。由于直線電機動子和工作臺已固定在一起，所以只能采用閉環(huán)控制，該單元的控制系統(tǒng)簡圖如圖2所示。

　　這是一個雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。采用高精度光柵尺作為位置檢測元件。定位精度取決于光柵的分辨率，系統(tǒng)的機械誤差可以由反饋消除，獲得較高的精度。

　　3．2 采用直線電機的開放式數(shù)控系統(tǒng)

　　采用PC機與開放式可編程運動控制器構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)，以通用微機及Windows操作系統(tǒng)為平臺，用PC機上的標準插件形式的運動控制器為控制核心，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開放。基于直線電機的開放式數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案如圖3所示。