许道金，杨庆东，衣 杰，宋宏智

（北京信息科技大学 机电工程学院，北京 100192）

0 引言

直线电机作为数控机床直驱进给系统时，因为无中间传动环节，负载的大范围变化以及突变等将直接加载在电机上，对直线电机伺服系统产生一定的影响，从而影响直线电机的运动和定位精度。为提高控制精度，前人不仅从结构上对直线电机进给系统进行了优化，在控制策略上也做了很多研究，但基本是采用固定模型控制变负载情况下直线电机的运动，了解变负载对误差的影响程度是进一步研究针对变负载的先进控制方法的前提。本文通过理论分析、仿真和实验验证了在单一模型控制下直驱进给系统的误差情况。

1 伺服控制系统模型分析

为了获得与直流电机相似的控制效果，对数控机床上的永磁同步直线电机可采用矢量控制方法进行解耦控制，通过坐标变换将a，b，c轴电流变换成d，q轴电流，通过控制决定电磁推力的q轴电流来控制直线电机的推力。由电机统一理论和直线电机在数控机床上使用的结构特点推出直线电机矢量控制电压平衡方程、电磁推力方程和机械运动方程如下：

其中：uq为q轴电压；R为绕组电阻；iq为q轴电流；L为绕组电感；ε＝Kεv为电枢反电势，Kε为反电势系数，v为动子速度；Fm为电磁推力；Kt为推力系数；M为动子与负载的质量；Fd为扰动；B为阻尼系数。对式（1）进行拉氏变换，得：

把负载和电机动子看成一个整体后，电流环和速度环的调节都采用PI控制器，伺服控制系统的结构如图1 所示［1］。……