[發明專利]電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床及其控制方法

無效

• 申請號: 201010179063.X
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN101875173A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 劉春芳;王麗梅;王通;孫宜標;武志濤
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: B23P23/02
• 分類號: B23P23/02;B23Q1/01;G05B19/18
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床，主要包括床身(6)和可以與床身做相對移動的龍門橫梁(2)，所述床身(6)和龍門橫梁(2)之間設置有驅動龍門橫梁(2)與床身做相對移動的直線推進系統(3)，其特征在于：在所述龍門橫梁(2)上還設置有使龍門橫梁(2)在床身(6)上懸浮的電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)，電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)設置在龍門橫梁(2)上朝向床身(6)底沿的一側，電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)與控制系統連接，所述電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)為帶有永磁磁極的纏有通電線圈的磁體；所述永磁磁極設置在靠近床身(6)底沿的位置。

2.根據權利要求1所述的電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床，其特征在于：所述直線推進系統(3)為永磁直線同步電動機，該永磁直線同步電動機的動子設置在龍門橫梁(2)上，其定子固定在床身(6)上；在所述龍門橫梁(2)與床身(6)之間還設置有導向電磁鐵(4)，所述導向電磁鐵(4)設置在龍門橫梁(2)上朝向床身(6)兩側的位置上。

3.根據權利要求2所述的電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床，其特征在于：所述控制系統包括JTAG仿真器、DSP控制器、D/A轉換器、A/D轉換器、功率放大器和電渦流式位移傳感器；所述JTAG仿真器連接至DSP控制器，DSP控制器連接至D/A轉換器，D/A轉換器連接至功率放大器，功率放大器連接至電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)的通電線圈和導向電磁鐵(4)的通電線圈；所述電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)與床身(6)之間設置有電渦流式位移傳感器，所述導向電磁鐵(4)與床身(6)之間也設置有電渦流式位移傳感器，電渦流式位移傳感器通過A/D轉換器連接至DSP控制器。

4.一種控制權利要求1所述的電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床的控制方法，其特征在于：該方法先將一對永磁鐵，利用線圈繞組纏繞形成控制龍門橫梁(2)懸浮的電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)，然后通過控制系統中的電渦流式位移傳感器對龍門橫梁(2)的懸浮情況進行采樣，然后將信息通過A/D轉換器傳輸進DSP控制器內，由DSP控制器對該信息與預先設定的信息進行比較計算后，再通過D/A轉換器和功率放大器對龍門橫梁(2)上的電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)進行準確的調整，完成對龍門橫梁(2)懸浮情況的控制。

5.根據權利要求4所述的電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床的控制方法，其特征在于：所述控制方法的具體步驟如下：

步驟一、DSP控制器進行系統初始化；

步驟二、檢測該采用電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床是否有結束請求信號；如果有結束請求信號轉到步驟十三；如果沒有結束請求信號則繼續；

步驟三、檢測整個采用電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床是否有中斷請求信號；

步驟四、如果沒中斷請求信號，則等待中斷，轉回步驟三；

步驟五、如果中斷到來，讀數，并啟動模數轉換器，將電渦流式位移傳感器所采集的電磁永磁混合磁極懸浮電磁鐵(5)的信息通過模數轉換器傳輸進DSP控制器內；

步驟六、在DSP控制器內進行基于遺傳算法整定PID參數的控制算法計算；

步驟七、檢測結果是否有溢出；

步驟八、如果有溢出，取極值，返回步驟七；

步驟九、如果沒有溢出，檢測結果是否為正值；

步驟十、如果結果是否為負值，取反；

步驟十一、如果結果是否為正值，將結果進行數模轉換后并通過功率放大器輸出；

步驟十二、中斷返回，轉回步驟二。

步驟十三、結束。

6.根據權利要求5所述的電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床的控制方法，其特征在于：所述“步驟六”中的基于遺傳算法整定PID參數的控制算法的具體步驟為：

步驟一、定義變量，初始化參數。

步驟二、隨機產生n個個體構成初始種群P(0)；

步驟三、計算目標函數值。將種群中各個體解碼對應的參數值，用此參數來求目標函數值J。

步驟四、計算適應度函數值f，取并排序；

步驟五、進行確定式采樣選擇。

步驟六、進行單點交叉。

步驟七、均勻變異。產生下一代種群。

步驟八、檢測遺傳代數是否滿足設定值？如果不滿足，轉回到步驟三。

步驟九、結束。

7.根據權利要求6所述的電磁永磁混合磁極懸浮的龍門鏜銑床的控制方法，其特征在于：所述采用遺傳算法在線實時整定PID控制器參數，選擇最優指標為：

J=∫0∞(w1|e(t)|+w2u2(t))dt+w3·tu]]>

式中，e(t)為系統誤差，u(t)為控制器輸出，t_u為上升時間，w₁，w₂，w₃為權值。為了避免超調，采用了懲罰功能，即一旦產生超調，將超調量作為最優指標的一項，此時最優指標為：

if ey(t)<0J=∫0∞(w1|e(t)|+w2u2(t)+w4|ey(t)|)dt+w3·tu]]>

式中，w₃為權值，且w₄＞＞w₁，ey(t)＝y(t)-y(t-1)，y(t)為被控對象輸出。

且遺傳算法在線實時整定PID控制器參數時，采用確定式采樣選擇和單點交叉方式。