生基于pid的直线电机位置控制大学论文.docx

生基于pid的直线电机位置控制大学论文.docx

《生基于pid的直线电机位置控制大学论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生基于pid的直线电机位置控制大学论文.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

生基于pid的直线电机位置控制大学论文

福州大学至诚学院

本科生毕业设计（论文）

题目：

基于PID的直线电机位置控制

姓名：

博士

学号：

211302180

学院：

电气工程系

专业：

电气工程及其自动化

年级：

2013级

指导教师：

2017年5月24日

独创性声明

本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。

文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。

特此声明。

论文作者签名：

日期：

关于论文使用授权的说明

本人完全了解福州大学至诚学院有关保留、使用学位论文的规定，即：

学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。

保密的论文在解密后应遵守此规定。

论文作者签名：

指导教师签名：

日期：

基于PID的直线电机位置控制

摘要

在学习直线电机的时候，我们会发现越老越传统的直线驱动系统一般都是采用旋转电机通过中间的转换为直线运动的，但是这些系统不是一个统一体，中间往往存在一些转换机构，就像能量传递一样会流失，这样使得系统会存在效率变低，精度不够的情况。

而直线电机是不需要中间转换机构的，所以不存在像传递能量一样的流失，可以直接将电能转变成机械能。

所以精度高，结构轻盈简单响应快速度快是它的特点。

直线电机所具备的优点不仅弥补了传统旋转电机的缺陷，还具备了一些传统电机所无法达到的优点，使得直线电机越发得到重视，为其发展开辟了一条新道路。

但是，又因为它简单轻盈，所以它内部还是相对简单的，于是就没有中间缓冲过程，一些参数的抖动，还有负载扰动等一些不确定因素对直线电机的影响很敏感，就一点点变化就会对控制器带来一定的麻烦。

最开始的PID控制器使用方便，结果简单易懂，使用方法操作简单导致它能在各个领域中得到广泛的应用。

通过对PID控制器参数的不断整定与改善，最终在Matlab仿真中能对直线电机位置进行精确，快速的控制。

最后将PID参数放在实验平台上验证，实验结果表明所搭建的直线电机仿真模型是准确有效的，所设计的控制器是可靠和精确的。

关键词：

直线电机，位置控制，PID控制器，Matlab仿真

ThepositioncontrolofthelinearmotorbasedonPID

Abstract

Inthestudyofthelinearmotor,wewillfindthattheolderthetraditionallineardrivesystemaregenerallyadoptsrotatingmotorthroughthemiddleoftheconvertedintolinearmotion,butnotacontinuumofthesesystems,thereareoftensometransformationamongagencies,liketheenergytransferwillbelost,sothatthesystemwillexistlowerefficiency,accuracyisnotenough.Andlinearmotorisdoesnotrequireintermediateconversionmechanism,sothereisnolikeenergyloss,candirectlytransformelectricalenergyintomechanicalenergy.Sothehighprecision,simplestructure,lightfastresponsespeedisthecharacteristicofit.Linearmotorhastheadvantagesofnotonlymakesupthedefectofthetraditionalrotarymotor,alsohassomeadvantagesoftraditionalmotorcannotreachthelinearmotorincreasinglygetattention,openedupanewroadforitsdevelopment.However,becauseitissimpleandlight,soinsideitisrelativelysimple,sothereisnomiddlebufferprocess,someparametersofjitter,therearesomeuncertainfactorssuchasloaddisturbanceissensitivetotheinfluenceofthelinearmotor,justalittlebitofchangewillbringsometrouble.ThecontrollerAtthebeginningofthePIDcontrolleriseasytouse,asaresult,easytounderstand,usesimpleoperationcauseitcanwidelyusedinallfields.

BasedonthePIDcontrollerparametersettingandimproveconstantly,finallyintheMatlabsimulationoflinearmotorpositionaccurately,fastcontrol.FinallyputthePIDparametersontheexperimentplatform,theexperimentalresultsshowthatthesimulationmodelissetupbythelinearmotorisaccurate,effectiveandthedesignedcontrollerisreliableandaccurate.

Keywords:

linearmotor,positioncontrol,PIDcontroller,Matlabsimulation

第1章绪论

1.1课题研究的目的与意义

现代人的工作、旅行和学习等方面都离不开电机，而让电机工作的更加精准就尤为重要了，PID的直线电机位置控制可以让你更了解电机，掌握电机的系统性能。

对生活生产和人们的工作效率可以有有效的提高。

在生活中有广泛的应用，用电机来代替人力，大大加强了人们的生活质量。

现代发展实在是快，电机作为工业发展的小心脏，在每个领域都能发光发亮，是发展的基础。

电机性能的好坏,不仅直接影响着生产效率，而且对于能源的消耗，工业化水平有着关键作用。

现在机器越来越复杂，电机相对也复杂起来了，越复杂的机器，我们需要的电机性能要求就越高，所以才有了PID控制。

在过去乃至现在，传承的旋转电机在工业的传动过程中起着主导的作用。

然而，由于传统的方式需要连轴器、丝杠，会造成整体系统刚性不够等严重后果，这会使得电机的伺服性能变差，不能满足当前工业的生产要求[1]。

采用直线电机驱动没有了中间传动机构的限制，相当于从电机到工作平台之间形成了“零传动”。

如果直线电机在每个领域都被用到，那么将直接推动人类在制造加工业的发展，在提高效率的同时做到节能环保。

因此，本文的研究将有助于推动我国在直线电机领域的发展，从而产生更高效的效率，推动经济发展，给人们省了很多工作时间。

1.2直线电机的发展历程

国外基于直线电机的数控机床发展比较成熟的是日本。

日本的SODICK公司于1996年将直线电机技术应用于电火花成型机中，并于1999年投放市场。

在第19届JIMTOF上，丰田工机、松浦机械制作所等公司展示8台采用直线电机作为传动装置的机床。

1832年第一台旋转电机在世间被发明出来，仅仅过了8年，英国的科学家惠斯登（Wheatstone）开始提出了直线电机的雏形。

1.3直线电机在国内外的研究现状

国内对电机伺服系统的研究还停留在学习阶段，这段路还很漫长，除了工业上的应用，直线伺服系统还用于高精度平面绘图仪。

我国在上世纪80年代就研制出了采用平面直线步进电机的高精度绘图仪。

1943年至1956年，是人工智能的诞生期，在这个时期，人们处于对其的摸索阶段；1956年至1960年，人工智能得到了发展，开始出现一些初始的理论架构；20世纪60年代至20世纪70年代，出现一些更复杂的理论，由于理论的出现，人们对于人工智能的认识变得稍微明确。

1.3.1直线电机在国外的研究现状

最近几年来，欧美等发达国家对直线电机技术和系统配套研究日渐成熟，并且在工业设备、交通运输、物流自动化等领域得以广泛应用。

国外对于直线电机的研究会早于我们，所以发展相对于我们也会快些，像在机床方面，日本的机床研究在96年就开始了，把直线电机用在非常精密的数控机床上。

美国相对于其他国家算是比较厉害的了，他们会用电机去加工太空镜的镜片，那个加工要十分的精细，对于精度的要求可想而知，所以我们大学生还是要多加学习，这样科研的脚步才能赶得上别人。

1.3.2直线电机在国内的研究现状

我们国内的研究起步就比别人晚了，相对于其他国家来说我们的电机也不稳定，要到1970年才发展起来。

然而20世纪80年代前期发展出现了瓶颈，80年代后期至今由于教育水平上去了，所以又开始发展。

国内直线电机被应用于各个行业，比如电子，电工，机械，医药流水线，还有数控机床，每个地方发展都差不多但还不成熟，还需要像我们这样的大学生去创造更好的

1.4直线电机的控制策略

对系统进行控制时，需要很强的抗干扰能力。

在保证其稳定运行的条件下，又要有快速响应的特性，使系统具有很强的鲁棒性。

所以对于直线电机要有良好的伺服性能，就需要有一个好的控制策略来控制直线电机[17-18]。

为了更方便理解PID控制器的原理，下面举例出PID控制模块，其典型的PID控制模块原理框图如图1-1所示：

图1-1典型PID控制结构

在图1-1中，系统的偏差信号为。

在PID控制器的调节作用下，分别对被控对象进行比例、积分、微分控制，其结果的加权得到系统的控制信号，所以控制器的输出u与输入偏差信号e之间的关系如下：

（1-1）

其中为比例增益，为积分增益，为微分增益。

1.5论文的主要工作内容

认识直线电机的工作原理是第一步，这样才能构建出永磁同步直线电机的数学模型，这样电机性能才能浮出水面。

然后利用电机的数学模型在Matlab平台上搭建了电机仿真图，接着结合PID控制器，搭建了一个完整的双闭环控制系统，从而对其位置进行跟踪控制。

本文主要是在Matlab平台上对电机的位置控制进行仿真，然后结合实验平台加以验证。

作为大学毕业生，不应只停留在表面，在实验平台上做出来的东西和仿真是有误差的，我们应把误差减到最少，这样作出来的实验才准确可靠。

第2章直线电机的结构和工作原理

2.1直线电机的结构

随着人们不断发现新的材料，而且人们的科学技术水平提高对各大领域对永磁直线电机的性能要求也要求更高。

但目前，国内外对永磁同步电机的直接推