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基于自抗扰的宏微复合驱动器宏动控制策略研究

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制造技术与机床 2023年第7期 100-107页

作者：喻曹丰肖志豪吴干杨坤魏益军陶雪枫安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

面向高速精密定位领域设计了以音圈电机为宏动部分,超磁致伸缩驱动器为微动部分的同轴式宏微复合驱动器。为实现宏动部分的驱动控制,基于电磁驱动原理建立了宏动部分的动力学模型,设计了自抗扰控制(active disturbance rejection contro... 详细信息

面向高速精密定位领域设计了以音圈电机为宏动部分,超磁致伸缩驱动器为微动部分的同轴式宏微复合驱动器。为实现宏动部分的驱动控制,基于电磁驱动原理建立了宏动部分的动力学模型,设计了自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)系统,其包括4阶扩张状态观测器及非线性状态误差反馈控制率,采用5阶S型位移曲线作为路径规划,并搭建了实验测试平台进行验证。实验结果显示:定位过程中,ADRC算法控制下其最大跟随误差约为0.155 mm,最终定位误差约为9μm,在负载工况下,最大跟随误差约为0.277 mm,最终定位误差约为11μm。研究结果表明:ADRC算法较于PID算法跟随误差更低,超调更小,且最终定位误差处于宏微复合驱动器微动的定位范围内,满足整体设计要求。

关键词：宏微复合驱动器音圈电机自抗扰控制精密定位控制策略

基于Halbach阵列宏微复合驱动器的输出力优化研究

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机床与液压 2024年第13期52卷 37-42页

作者：喻曹丰杨坤郑爽魏益军陶雪枫安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001 浙江大学流体动力基础件与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

为提升宏微复合驱动器的输出力以及改善输出力波动,采用将永磁体进行Halbach阵列方式布置,并通过添加辅助磁轭来改变宏动线圈与永磁体的相对位置两种方法结合的方案。为验证优化方案的有效性,采用有限元电磁场仿真,分析宏微复合驱动器... 详细信息

为提升宏微复合驱动器的输出力以及改善输出力波动,采用将永磁体进行Halbach阵列方式布置,并通过添加辅助磁轭来改变宏动线圈与永磁体的相对位置两种方法结合的方案。为验证优化方案的有效性,采用有限元电磁场仿真,分析宏微复合驱动器优化前后的输出力变化,并以提高输出力和降低输出力波动为目标,得出了Halbach阵列的永磁体最佳尺寸。最后搭建实验平台验证了优化方案的合理性。结果表明:优化方案使宏微复合驱动器在电流大小为4 A时,输出力达到95 N左右,输出力波动减小为23 N左右,验证了优化方案的合理性。

关键词： Halbach阵列宏微复合驱动器输出力优化精密定位

基于改进灰狼算法的宏微复合驱动器磁滞模型的参数辨识

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制造技术与机床 2024年第3期 168-172,192页

作者：喻曹丰陶雪枫魏益军杨坤王宁安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001 流体动力基础件与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

精确辨识磁滞模型参数是保证宏微复合驱动器位移跟踪精度的关键,针对传统灰狼算法(GWO)存在局部最小值和求解精度不高的缺陷,文章提出一种改进的灰狼算法(TGWO)。通过Singer混沌映射优化了灰狼个体的初始位置,以增加种群多样性;采用非... 详细信息

精确辨识磁滞模型参数是保证宏微复合驱动器位移跟踪精度的关键,针对传统灰狼算法(GWO)存在局部最小值和求解精度不高的缺陷,文章提出一种改进的灰狼算法(TGWO)。通过Singer混沌映射优化了灰狼个体的初始位置,以增加种群多样性;采用非线性收敛因子策略提高了局部开发度和全局搜索度;在种群位置迭代更新中引入动态权重更新和自适应更新策略。通过仿真和实验表明:该算法能有效可靠地辨识宏微复合驱动器磁滞模型的参数,平均相对误差为4.6%,拥有更高的精度和收敛性。

关键词：宏微复合驱动器 Jiles-Atherton磁滞模型改进的灰狼算法参数辨识

基于分数阶PID的宏微复合驱动器宏动控制策略

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组合机床与自动化加工技术 2024年第3期 92-95页

作者：喻曹丰魏益军郑爽杨坤陶雪枫肖志豪安徽理工大学机电工程学院淮南232001 浙江大学流体动力基础件与机电系统国家重点实验室杭州310027

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和... 详细信息

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和次最优的方法对控制器进行参数整定;通过数值仿真和实验验证了分数阶PID控制器的有效性。结果显示,采用分数阶PID控制器相较于传统PID控制器在5 mm以及更大定位行程中位移超调量下降超过57%,调节时间减少超过24%,且行程越大驱动器采用分数阶PID控制器控制效果越明显。研究结果表明,分数阶PID控制器在宏微复合驱动器宏动系统中的控制效果明显优于传统PID控制器。

关键词：宏微复合驱动器遗传算法分数阶PID控制器音圈电机

同轴集成式宏微复合驱动器精密定位控制策略研究

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同轴集成式宏微复合驱动器精密定位控制策略研究

作者：肖志豪安徽理工大学

学位级别：硕士

随着工业产品对加工性能需求的提高,传统的单驱动平台难以同时满足大行程、高精度和快响应的性能要求,因此宏微复合驱动结构应运而生并成为满足上述需求的主流设计方案,同时与之配套的控制策略决定了驱动器最终的定位性能,是整个定位系... 详细信息

随着工业产品对加工性能需求的提高,传统的单驱动平台难以同时满足大行程、高精度和快响应的性能要求,因此宏微复合驱动结构应运而生并成为满足上述需求的主流设计方案,同时与之配套的控制策略决定了驱动器最终的定位性能,是整个定位系统中不可或缺的一部分。本文以设计的同轴集成式宏微复合驱动器(以下简称宏微复合驱动器)为研究对象,主要研究了宏微复合驱动器宏动部分和微动部分的定位控制方法,主要内容如下:(1)基于宏微复合驱动器结构和工作原理,设计了将宏动部分与微动部分同轴集成安装的结构,设计选型了宏动部分的永磁体、线圈绕组和微动部分的GMM棒、碟簧、微动线圈绕组等关键部件。(2)建立了宏微复合驱动器宏动部分的数学模型,采用5阶S型曲线位移规划、扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制率(NLSEF)设计了宏动部分的自抗扰控制器;搭建了宏动部分控制系统的SIMULINK仿真模型,分析自抗扰控制器中各参数对定位过程的影响并确定了控制器参数;仿真对比了自抗扰控制器和PID控制器的定位和抗扰动效果,结果显示:自抗扰控制器对宏动部分的控制效果较好,相比PID控制跟随误差更小并且抗干扰能力更强。(3)采用有限元分析法分析了微动部分工作时所受的应力和磁场强度,验证了微动部分设计的合理性;基于线性压磁方程推导了微动部分的传递函数,并采用等速趋近率建立了微动滑模控制器;针对微动滑模控制器在响应速度和稳态振荡之间的矛盾,在滑模控制器的基础上引入了模糊控制器,搭建了微动部分模糊滑模控制系统SIMULINK仿真模型,确定了模型参数,结果显示:采用模糊滑模控制器可在保持微动原有的响应速度基础上减小稳态振荡。(4)基于RCP SP2000作为控制系统的核心,搭建了宏微复合驱动器控制系统的实验平台,开展了宏动部分的自抗扰控制实验和微动部分的模糊滑模控制实验。研究结果表明:宏动部分在自抗扰控制器控制下可以在0.5 s内完成30 mm的定位,定位误差小于13μm,进行多次10 mm多点位定位,平均定位误差绝对值为8.17μm,误差处于微动部分的工作范围内,满足设计要求;微动模糊滑模控制器有效减小了稳态振荡,分别选定了目标位移为5μm,10μm,15μm,20μm,稳态误差均在0.5μm内,设定目标位移作幅值为5-15μm的正弦变化,微动部分可对目标位移进行有效跟踪,最大跟随误差小于0.5μm。图[98]表[5]参[86]

关键词：宏微复合驱动器 GMA 自抗扰控制模糊滑模控制控制策略