、，ol，32 No．24
◎2012 Chin．Soc．f．0r
第32卷第24期
134 2012年8月25日
中国电机工程学报
ofthe CSEE
Proceedings
Aug．25，2012
Elec．Eng．
85
文章编号：0258．8叭3(2012)24．0134一07
中图分类号：TM
文献标志码：A
学科分类号：470· 40
基于ZP
ETC和DOB的
直线电机控制器设计及实验研究
李志军，刘成颖，孟凡伟，周凯
(清华大学精密仪器与机械学系，北京市海淀区100084)
ZPETC andDoBBased ControIIer
for PMLSMand
Design
ExperimentalInVestigation
Kai
LI
Fanwei，zHOU
zhijun，LIUCheng如ng，MENG
Precision Instn衄ems and
MechaIlolog)，，Tsinghua U11iversi吼Haidiall District，Beijing 1 00084，Chim)
of
(D印amnent
ABSTRACT：The
oflinear motor driVe
控制器能够提高位置闭环带宽，改善跟踪性能，特别是三阶
位置指令输入时的跟踪误差。
tracl(ing perfomance
deteriorated the
as load
one of
system is毋七atly
force，fofce
by
dis锄ances，such
obse“er(DOB)is
etc，DisturbaIlce
used methods to
ripple
关键词：直线电机；零相位跟踪控制器；干扰观测器
the most
distllrb锄ces，
compensate
widely
0
robustness to extemal disturbances．Feed Forward
引言
improving
con仃011er is another method to
which includes
irnpmve
me仃acking
直线电机驱动系统在机械加工装备、硅片工作
台、电梯和精密工程等领域具有重要的应用【J引。在
数控机床进给系统中，相对于传统的旋转驱动+传
动转换的形式，直线电机能够获得更好的驱动性
能，如更大的加速度、消除间隙和传递误差、更高
的刚度等。但是，省去中间传动环节使干扰力直接
作用于直线电机，且电机多运行在低速段，这对直
线电机控制器提出了更高的要求13】。
error
zero．phase
feed
perfbrInance，
仃acking
connDller(zPETc)，dircct Velocit)r
This to combine me
forward(FFV)etc．
DoB alld ZPETC
FFV
p叩er proposed
with conventionalPIDcontfoller to
robusmess and
impfoVe{hg
given
results were
to confim me
errorwhen
dyn锄ics．Exp耐mental
declarations．Wim addition ofFF
v'stadc
following
was elirninated．Disturbances like
廿ac：king 2一order廿ajectory
force邱ple
and fHction were
DOB．
extent
greatly suppressed by
was
to
Finally，the仃acking perfomlance
when仃acbng 3一order圩ajectom
improved
la玛e
传统控制系统广泛采用多环PID控制，它结构
which wasdue to meenla玛ed
bandwidm．
position 100p
简单，计算量小，适合实时控制。但是，单纯的PID
控制器通常不能满足跟踪精度的要求，特别是三环
KEY WoRDS： 1inear
error
motor； zem—phase
tracl(ing
控制时，较低的位置环带宽严重损害了直线电机系
统的跟踪精度，所以有必要对传统PID控制器进行
改进。两自由度PID控制器可以在保证系统稳定性
及抗干扰能力的情况下，通过配置系统零极点，提
高系统的动态响应能力H。、直接速度前馈(feed
controller(ZPETC)；disturbance observer(DOB)
摘要：直线电机驱动系统中存在的负载力、推力波动等干扰
力会引起跟踪误差，降低跟踪性能。干扰观测器可以检测并
补偿干扰，有效提高系统的抗干扰能力。前馈控制是提高系
统跟踪性能的另一种方法，如直接速度前馈控制器、零相位
误差跟踪控制器等，可以有效提高系统带宽，提高跟踪性能。
针对直线电机在抗干扰和动态响应方面的需求，该文研究了
基于直接速度前馈控制器、零相位跟踪控制器和干扰观测器
的直线电机控制方法，并给出实验结果。结果表明，直接速
度前馈控制器使位置能够无静地跟踪二阶指令输入，T．扰观
测器能够很好的抑制推力波动和摩擦力的影响，零相位跟踪
forward
fonⅣard
veloci钾，FFV)和加j塞度前馈(feed
aceeleration，FF舢能够有效提高运动系统的动态性
能，是一种结构简单、物理意义明确的方法。文
献[5]在PID控制器上加入了FFV，将速度指令乘以
一定的比例系数直接赋给驱动，减小了系统在跟踪
CHEN和
斜坡轨迹和圆弧轨迹的误差；Chin—Sheng
基金项目：国家科技重大专项(20llZx04016．叭l，2009zx04010，
An—Chen LEE[6】在传统PID控制器的基础上增加了
FFV和FFA控制器，并给出不同情况下FFV和FFA
控制器的设计方法，系统的跟踪误差从平均80个
022、。
National Sci∞ce and
2009ZX04010—0221。
Tcclln0109y Major
Project(20llzx04016-011，
’
万方数据
全部评论(0)