基于负载动态补偿及模糊控制器的双直线电机同步控制

　　随着重型机器的发展，常常需要对大型整体零件和几何形状复杂的工件进行加工。传统的龙门镗铣床龙门柱固定，载有工件的工作台沿导轨纵向进给。由于机床运动部件重量大，难以获得高的加速度;同时因受工作台长度的限制以及节省工作场所占地面积的要求，龙门柱固定式结构镗铣床对于大型工件的高速加工已远远不能满足要求。而高速龙门移动式镗铣床，在满足动、静态刚度的情况下，让工作台与工件保持静止，使龙门柱沿导轨纵向进给，因为立柱的运动质量相对较小，所以可以获得高的加速度特性。然而，由于横梁及其相匹配的刀架，龙门及其相匹配的部件等所组成的大型移动部件，并不总是形成对称结构与对称受力，以及运行中的各种不确定性扰动，尽管龙门柱两边采用完全相同的传动机构，但最终还是不能保证龙门框架两边立柱移动的一致性，这种不一致性产生的机械耦合可能使龙门框架驱动部件和被加工工件受到损坏。所以，两边立柱的同步传动是这类机床消除机械耦合，避免机械损坏，保证加工精度的关键技术。

　　为了解决刀架在横梁位置变化所引起的立柱两边等效惯量的变化破坏输出的动态同步性能，采用负载动态补偿方法调整比例增益，使两电机保持同步。近年来，智能控制发展十分迅速，特别是模糊控制不完全依赖对象的数学模型，适于对具有不确定性的系统和非线性系统进行控制，有利于解决许多经典控制难以解决的问题。本文引入模糊pid控制器作为速度调节器，有效的利用了模糊控制的优点，从而提高了同步控制精度。

　　龙门移动式镗铣床的结构及耦合

　　图1　直线电机驱动的龙门移动式镗铣床结构

　　图1是双直线电机驱动的龙门移动式镗铣床结构示意图。两台直线电机分别驱动两个立柱，一个控制回路的输入通过机械耦合作用影响另一个控制回路的输出，任一单回路的干扰，不仅影响本回路的输出，也会通过横梁影响另一回路的输出，即干扰互相耦合，两台驱动电机输出端存在机械耦合。

　　直线永磁伺服电机(lpmsm)数学模型

　　lpmsm的d-q轴模型电压方程及磁链方程为:

　　式中，rs为动子电阻;ud，uq，id，iq，ld，lq，分别为d、q轴动子电压、电流、电感和磁链; 为动子速度; 为极距;为定子永磁体励磁磁链。

　　对lpmsm进行矢量控制，使动子电流矢量与定子永磁体磁场在空间正交，即使id=0，则:

　　其中，kt为推力系数

　　运动方程

　　其中fl为负载阻力;fe为端部效应产生的等效阻力;d为粘滞摩擦系数;m为动子及其所带负载的质量。