摘 要

针对现在对位置测量要求的不断提高，而非接触式测量具有精度高，且运动控制实时性强的特点。可以通过计算机与光栅尺、直线电机、驱动器、运动控制器之间建立通讯连接，完成测量与控制，实现对测量与控制精度的完善与改进。而此非接触测量系统，需用到直线电机的控制系统。因此，本文对直线电机的控制以及PID参数整定作了进一步研究。

首先，根据此项目要求建立ＰＭＬＳＭ的数学模型，确定直线电机各部分参数，并由三闭环搭建出控制系统模型，其中速度、电流环采用PI控制，位置环采用PID控制。并且对测量系统以及其流程的确定，指出直线电机控制在测量系统中的重要性，需对直线电机控制方法做研究。

其次，确定直线电机与PC机，驱动器以及运动控制器的通讯方式与通讯连接。之后再通过仿真比较PID参数整定算法、衰减法、Ziegler-Nichols 整定法、试凑法确定PID 控制器参数这几种参数整定方法的优缺点 ，最终确定采用PID参数整定算法和Ziegler-Nichols 整定法。

然后，学习MATLAB和SIMULINK的仿真，在设定直线电机参数后进行仿真实验，进行仿真分析，比较不同PID参数下输出波形的变化，寻找PID参数最优解并确立控制算法。

最后，对本文的总结与展望。进一步熟悉理解本实验的过程与结果，发表对直线电机发展自己的看法。

关键词：永磁同步直线电机 PID控制算法 参数整定 MATLAB/SIMULINK

Abstract

Face of its unique performance, linear motor has been widely used in various precision positioning occasions.Nowadays, people are in demand of higher speed and higher precision of NC machine tools,It has become more and more popular to use linear motor to drive NC machining center directly.This paper mainly studies the drive strategy of permanent magnet linear synchronous motor to improve the accuracy of its control .

Firstly, establishing a mathematical model of permanent magnet linear synchronous motor and Determine the parameters of each part of the linear motor.what’s more,The control system model is constructed by speed loop, position loop and current loop three closed loop,The speed and current loop are controlled by PI, and the position loop is controlled by PID.

Secondly, the PID parameter tuning algorithm is compared by Trial and error method 、simulation Attenuation method、Ziegler-Nichols setting method、 to determine the advantages and disadvantages of several parameter tuning methods for PID controller parameters.Finally, the PID parameter tuning algorithm and the Ziegler-Nichols setting method are adopted.

Then learn the simulation of MATLAB and SIMULINK，after setting the parameters of the linear motor, the simulation experiment is carried out. Under different PID parameters to compare the change of output waveform, then find the optimal solution of PID parameters and establish control algorithm.At last,the output waveform has the characteristics of small overshoot, fast response, strong anti-interference ability and high stability.

Finally, the paper points out the deficiencies in this study, as well as the subsequent improvements and research directions.

Key words: PMSLM； PID control algorithm； Parameter setting； MATLAB/SIMULINK

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 非接触测量的发展与应用 1

1.2研究直线电机的目的及意义 1

1.3 国内外研究现状及发展趋势 1

1.4 本文研究内容 3

第二章 直线电机数学模型与测量系统的确定 4

2.1 测量系统概述 4

2.2直线电机的结构与直线电机的基本原理 5

2.3直线电机数学模型 7

2.4直线电机控制系统的整体组成 9

2.5本章小结： 10

第三章 基于PID直线电机控制方法研究 11

3.1引言 11

3.2 直线电机的PID控制 11

3.2.1 比例控制 11

3.2.2 积分控制 12

3.2.3 微分控制 12

3.3 PID控制器基本原理 13

3.4 PID的参数整定 14

3.4.1 PID参数整定算法 14

3.4.2衰减法 16

3.4.3 Ziegler-Nichols 整定法 17

3.4.4 　试凑法确定PID 控制器参数 18

第四章 建立与运动控制器、驱动器之间的通讯 20

4.1 引言 20

4.2 驱动器与运动控制器配置的选择 20

4.3 通讯方式 21

4.4 通讯连接 21

第五章 直线电机控制系统仿真 23

5.1 引言 23

5.2 MATLAB、SImulink简介 23

5.3 直线电机Simulink模型 24

5.5 进行仿真分析 26

第六章 总结与展望 31

6.1 总结 31

6.2 展望 32

参考文献 33

致谢 36

绪论

1.1 非接触测量的发展与应用

非接触测量具有测量精准、速度快、可以测量一些不可接触的物体(如辐射体、高温物体)的特点，它可以用于测量位移、振动、加速度等一系列参数，现已经广泛应用于汽车制造、船舶领域、航空航天等很多领域。其成熟的测量系统，在不接触任何物体表面就能将物体表面参数信息反馈给用户，给许多领域的测量带来了极大的方便。而直线电机的控制在非接触测量中的应用至关重要，需要直线电机对非接触测量作互补。

1.2研究直线电机的目的及意义

直线电机近年来应用越来越广泛，它凭借其特有的性能应用于各个方面。例如它不仅应用于工业生产，还应用于其他很多方面，如电气传动、机械制造、化学制造等。而直线电机作为现在使用十分广泛的一种电机，有如下很多特点：

1. 直线电机的结构十分简单，不需要像旋转电机那样附加其他许多装置；
2. 很高的定位精度以及精密的控制效果，可以消除中间环节带来的各种误差，提高了生产的精确化、规范化。
3. 良好的安全工作环境以及使用寿命；
4. 功率损耗小、快移速度高、加速度高、高速度。直线电机通过直接驱动负载的方式，可以实现从高速到低速等不同范围的高精度位置定位控制;
5. 通过改变定子可以实现直线电机行程的不限制，而且运转速度范围很宽；

(6)加速度很大，最大可达10G。

1.3 国内外研究现状及发展趋势

众所周知，现如今直线电机在世界范围内已经应用于各行各业，其应用范围之广，作用之大，功能之强，是不言而喻的。

1. ，电机来驱动。、、。

(2)

驱动，。

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