音圈电机位置伺服控制系统的研究_硕士学位论文.pdf

硕士学位论文音圈电机位置伺服控制系统的研究 RESEARCH ON POSITION SERVO CONTROL SYSTEM FOR VOICE COIL MOTOR 刘丽丽 2010 年 7 月国内图书分类号: 学校代码: 10213 国际图书分类号: 密级:公开工学硕士学位论文音圈电机位置伺服控制系统的研究 硕士研究生: 刘丽丽 导 师: 李立毅教授 申请学位: 工学硕士 学科: 电气工程 所在单位: 电气工程及自动化学院答辩日期: 2010 年 7 月 授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: : Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON POSITION SERVO CONTROL SYSTEM FOR VOICE COIL MOTOR Candidate : Liu Lili Supervisor : Prof. Li Lily Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Electrical Enginnering Affiliation : School of Electrical Engineering and Automation Date of Defence : July, 2010 Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- I - 摘 要 音圈电机是基于洛伦兹力原理设计而成的一种直流直线电机,它具有良好的静、动态性能和控制特性。由于其无需传动机构即可获得直线运动,因此消除了传动机构带来的机械磨损,在位置伺服控制的基础上可以实现精密的位置伺服,尤其在短行程高频往复直线运动的精密加工场合中具有广阔的应用前景。本文主要针对音圈电机位置伺服系统的应用场合,对音圈电机控制系统进行了研究。整理并分析了音圈电机控制系统的发展现状,并建立了控制系统的数学模型, 进行了仿真分析,搭建实际系统,最终进行了相关试验研究。首先,本文介绍了音圈电机的基本结构和工作原理,在此基础上建立了音圈电机的数学模型并给出了传递函数关系式,对其动态特性和最佳控制参数进行了分析。其次,在音圈电机数学模型的基础上对音圈电机的控制策略进行了研究,并建立了音圈电机位置伺服系统的仿真模型。根据伺服系统的特点,建立了位置和电流的双闭环控制系统。其中,电流环通过硬件电路加以实现,从而保证系统电流的快速跟随特性;而位置环由 DSP2808 来完成,位置反馈则是由光栅尺来实现。位置环采用位置前馈控制和位置反馈 PID 反馈控制,目的是用以补偿系统的动态滞后,提高系统的响应速度。根据上述工作的基础上,对音圈电机位置伺服控制系统的软件实现和硬件系统进行了设计。硬件系统设计工作包括:功率驱动电路设计、 DSP 及其外围电路设计, 电平匹配电路设计以及接口电路设计。软件设计包括:主程序设计、中断程序设计以及控制算法程序和滤波程序的编写等。最终,根据所建立的伺服系统实验平台进行了相关的试验研究和试验数据分析,验证了所建立系统的正确性并对理论和所产生的试验误差进行了分析。关键词:音圈电机;前馈控制; PWM ;位置伺服系统哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- II - Abstract Voice coil motor is a kind of DC motor ba sed on the Lorentz forc e principle, it has good static and dynamic performance and cont rol characteristics. As it can obtain rectilinear motion without any revolving gear, there is no transmission machinery wear. Therefore it can achieve precise position servomechanism, especially in occasions of the precision machining of short stroke high-fr equency reciprocating