變負載對數控機床直線電機控制系統影響的研究

許道金，楊慶東，衣 杰，宋宏智

（北京信息科技大學 機電工程學院，北京 100192）

0 引言

直線電機作為數控機床直驅進給系統時，因為無中間傳動環節，負載的大范圍變化以及突變等將直接加載在電機上，對直線電機伺服系統產生一定的影響，從而影響直線電機的運動和定位精度。為提高控制精度，前人不僅從結構上對直線電機進給系統進行了優化，在控制策略上也做了很多研究，但基本是采用固定模型控制變負載情況下直線電機的運動，了解變負載對誤差的影響程度是進一步研究針對變負載的先進控制方法的前提。本文通過理論分析、仿真和實驗驗證了在單一模型控制下直驅進給系統的誤差情況。

1 伺服控制系統模型分析

為了獲得與直流電機相似的控制效果，對數控機床上的永磁同步直線電機可采用矢量控制方法進行解耦控制，通過坐標變換將a，b，c軸電流變換成d，q軸電流，通過控制決定電磁推力的q軸電流來控制直線電機的推力。由電機統一理論和直線電機在數控機床上使用的結構特點推出直線電機矢量控制電壓平衡方程、電磁推力方程和機械運動方程如下：

其中：uq為q軸電壓；R為繞組電阻；iq為q軸電流；L為繞組電感；ε＝Kεv為電樞反電勢，Kε為反電勢系數，v為動子速度；Fm為電磁推力；Kt為推力系數；M為動子與負載的質量；Fd為擾動；B為阻尼系數。對式（1）進行拉氏變換，得：

把負載和電機動子看成一個整體后，電流環和速度環的調節都采用PI控制器，伺服控制系統的結構如圖1 所示［1］。……