核心提示：　　高響應(yīng)直線電機(jī)控制系統(tǒng)的研究謝經(jīng)明，程立，艾武，杜志強(qiáng)，陳幼平，周德（華中科技大學(xué)，湖北武漢430074）了直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，提出采用PC+DSP的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，以及PID控制軟

　　高響應(yīng)直線電機(jī)控制系統(tǒng)的研究謝經(jīng)明，程立，艾武，杜志強(qiáng)，陳幼平，周德（華中科技大學(xué)，湖北武漢430074）了直線電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，提出采用PC+DSP的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，以及PID控制軟件方法。通過(guò)仿真和，電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸和杯套固定在一起，杯套上纏繞有線圈，線圈置于永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，當(dāng)線圈中通有電流時(shí)，根據(jù)左手定則即可判定杯套和軸的運(yùn)動(dòng)方向，要改變軸的運(yùn)動(dòng)方向，只要改變線圈中的電流方向即可。在杯套的兩側(cè)都裝有彈簧，且彈簧的兩端都固定。這樣在軸運(yùn)動(dòng)時(shí)既受到磁場(chǎng)力又受到彈簧力，同時(shí)還應(yīng)考慮運(yùn)動(dòng)軸與固定機(jī)座之間的摩擦力。因此可知電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)力學(xué)方程為：L――線圈繞組的有效長(zhǎng)度K――彈簧的彈性系數(shù)f――軸運(yùn)動(dòng)時(shí)和機(jī)座之間的摩擦力m動(dòng)子（杯套、線圈以及運(yùn)動(dòng)軸）的質(zhì)量當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，則由電壓平衡關(guān)系有：V――軸的運(yùn)動(dòng)速度即線圈切割磁力線的速度R繞組電阻La――線圈的電感要使直線電機(jī)作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就必須給它施加周期性的外力。由于控制算法采用的是PID算法，對(duì)于PID算法來(lái)說(shuō)，并不需要模型很精確，因此在下面的分析中不考慮摩擦力，以使問(wèn)題簡(jiǎn)化。為使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，最好施加成正弦或余弦變化的力，稱為策動(dòng)力。設(shè)策動(dòng)力為Hcos叫，則當(dāng)軸作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)子作受迫振動(dòng)。物體作受迫振動(dòng)的微分方程為：阻尼系數(shù)策動(dòng)力的最大值，稱為力幅w――策動(dòng)力變化的角頻率=H，由于摩擦系數(shù)很小，在此忽略摩擦力。則可得（式的解為：將（）式代入（3）式，可得處于穩(wěn)定狀態(tài)的受迫振動(dòng)的振幅為：由此可見(jiàn)，對(duì)于受迫震動(dòng)來(lái)說(shuō)，其振幅與加在其上的策動(dòng)力的最大值成正比。由于任一彈簧-振子系統(tǒng)都有其固定的固有頻率，要想使其在外加策動(dòng)力的作用下達(dá)到需要的頻率t就應(yīng)該給它施加頻率也為⑴的策動(dòng)力。

　　2伺服控制系統(tǒng)作相應(yīng)處理。同時(shí)DSP板還通過(guò)串行通信接口模塊（SCI）與PC機(jī)的串口連接，這樣可以通過(guò)PC機(jī)上的控制界面輸出命令和參數(shù)到DSP板來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制；EP引腳用于接收來(lái)自光柵尺的正交編碼脈沖信號(hào)，它是以DSP的通用定時(shí)器T2作為時(shí)基的，可以對(duì)輸入的脈沖進(jìn)行加或減記數(shù)，而記數(shù)的加減取決于光柵尺的移動(dòng)方向，如果朝一個(gè)方向?yàn)榧佑洈?shù)，則另一個(gè)方向則為減記數(shù)。隔離電路主要用于將DSP板和驅(qū)動(dòng)部分通過(guò)光電耦合器隔離起來(lái)，防止驅(qū)動(dòng)部分對(duì)控制部分的干擾和高電壓進(jìn)入控制板而導(dǎo)致DSP板的損壞。

　　2.2控制策略在電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制中，主要實(shí)現(xiàn)2種操作：精確定位（點(diǎn)動(dòng)）和往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其中精確定位是以PID算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，由（1）式可知，位移x由電磁力BLi推動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，而B(niǎo)L為常數(shù)，所以也就是由流過(guò)電機(jī)繞組線圈的電流決定。以給定位移s和實(shí)際位移x的差值作為PID算法的輸入，經(jīng)控制板（此處為DSP板）處理后由DA口輸出一定電壓經(jīng)隔離電路處理后輸入功率放大器，功率放大器自身帶有電流環(huán)，它接收到從DSP板的DA口輸出的電壓后輸出一定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，直到運(yùn)動(dòng)到指定的位置（在給定的誤差范圍之內(nèi)）DA口只能輸出正向電壓，經(jīng)隔離電路后變?yōu)殡p極性電壓，且滿足關(guān)系為：U=2.5―2Vda淇中U為驅(qū)動(dòng)器經(jīng)隔離電路后的輸出電壓，Vda為DA口輸出電壓）。這就是實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確定位運(yùn)動(dòng)的控制方案。

　　為實(shí)現(xiàn)電機(jī)一定頻率的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到給定的振幅，可以先在電機(jī)繞組線圈中通以一成余弦變化的電流，其頻率即為要求電機(jī)運(yùn)動(dòng)達(dá)到的頻率。則由上面的分析可知電機(jī)的電磁力也是成余弦變化的，即加在電機(jī)上的策動(dòng)力的頻率為要求電機(jī)運(yùn)動(dòng)達(dá)到的頻率。因而電機(jī)的動(dòng)子做受迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為所要求的頻率。為使動(dòng)子運(yùn)動(dòng)在某一位置的一側(cè)（經(jīng)常是零位），應(yīng)在零位電壓上疊加一取值均為正或負(fù)的包含正弦分量的電壓。在這里電機(jī)的接線是當(dāng)電壓減小時(shí)，電機(jī)軸往外運(yùn)動(dòng)，大時(shí)往里運(yùn)動(dòng)。設(shè)A電機(jī)在零位時(shí)的DA口輸出電壓為V*，則當(dāng)要電機(jī)往外運(yùn)動(dòng)時(shí)需在DA口輸出電壓為：度口是12位的，可輸出值的變化范圍為0~4095（對(duì)應(yīng)于0~5V），因此還應(yīng)滿足0　　控制算法采用量式數(shù)字PID算法，對(duì)于PID控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是控制參數(shù)Kp、Ti、Td的確定。在對(duì)電機(jī)特別是高頻響的直線電機(jī)的控制中，首先要求系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在給定值變化時(shí)，被控量應(yīng)能迅速、平穩(wěn)地跟蹤，且超調(diào)量要小葉云岳。直線電機(jī)原理與應(yīng)用。北京：機(jī)械工業(yè)出王言福。大學(xué)物理。北京：國(guó)防科技大學(xué)出版社，王曉明。電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制。北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.艾武，程立，杜志強(qiáng)，陳幼平。基于DSP的直線電機(jī)位置檢測(cè)與控制技術(shù)。機(jī)械與電子，2004（2）：9一學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院講師博士，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)控制和智能控制。

　　高精鋁板帶項(xiàng)目由漢江集團(tuán)公司新建的高精鋁板帶項(xiàng)目，擬建地點(diǎn)初步選定在武漢漢陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，投資總額達(dá)到114 000萬(wàn)元。生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)8萬(wàn)噸高精鋁板帶，采用進(jìn)口單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)供坯和進(jìn)口冷軋機(jī)精軋。主要產(chǎn)品為1XXX、3XXX、5XX X系列0.10~3.0mm的鋁板帶材。主要有熔鋁爐、保溫爐、鑄造機(jī)、在線式鋁熔煉凈化裝置、鑄錠銑削機(jī)、加熱爐，熱粗軋+4機(jī)架熱連軋機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)市場(chǎng)需求，計(jì)劃年產(chǎn)散熱器復(fù)合箔0. 5萬(wàn)噸、建筑裝飾板2.5萬(wàn)噸、印刷用PS版基板1.5萬(wàn)噸、雙零鋁箔坯料2. 5萬(wàn)噸，其它板帶材1萬(wàn)噸。