1、第四章 仿真结果与分析在第三章，我们采用了ZPETC+DOB+CCC的方法对直接驱动XY平台的位置进行控制，提高了鲁棒性。第四章我们采用MPC作为跟踪控制器，利用MPC对模型的精确性能不高的特点，能预测系统跟踪性能。我们同样采用DOB提高系统的鲁棒性，和CCC实现对双轴轮廓轨迹的控制。本文直接驱动XY平台采用的直线电机位置传递函数如下： (4.1)4.1 单轴直线电机鲁棒跟踪特性仿真结果与分析4.1.1 基于PID的直线电机仿真实验为了验证本文设计方案的有效性，对PID控制器进行设计，假设参数如下：Kp=200、KI=0.3、KD首先输入周期为幅值为1的正弦信号，得到的正弦位置跟踪曲线如图4.
2、1所示，正弦跟踪误差曲线如图4.2所示。然后输入斜波信号使电机匀速运动，令其速度为1mm/s，并在5秒处参加一个较大的力矩扰动考查其鲁棒性，经过仿真实验得到其跟踪特性曲线如图4.3所示，跟踪误差如图4.4所示。图4.1 PID正弦位置跟踪曲线Fig.4.1 sine position tracking curve of PID图4.2 PID正弦跟踪误差曲线Fig.4.2 sine tracking error curve of PID然后输入斜波信号使电机匀速运动，令其速度为1mm/s，并且在5秒处参加一个较大的力矩扰动考查其鲁棒性，经过仿真实验得到其跟踪特性曲线如图4.3所示，跟踪误差如图
3、4.4所示。 图5.4 基于PID的斜坡跟踪特性曲线Fig.5.4 slope tracking characteristic curve of PID图4.4 基于PID的斜坡跟踪误差曲线Fig4.4 slope tracking error curve of PID4.1.2 ZPETC+DOB仿真实验与分析由于ZPETC必须要在离散条件下进行设计，因此先将式5.1进行离散化处理，采样时间选择0.001s，其表达式为： (4.2) (4.3) (4.4) (4.5)从上面三个公式来看，可以选择Kp=11，Kd=0.0001。这样PD控制器可以表示为： (4.6)可以看出对ZPETC的设计，
4、可将PD控制器的参数和系统模型参数代入到式中，得到ZPETC控制器为： (4.7)DOB根据经验选择=0.0001。为了验证ZPETC和DOB的有效性，对ZPETC、PID+DOB、ZPETC+DOB分别进行设计，同样为了考查其跟踪特性，根据上文先分别输入幅值为1周期为的正弦位置信号，得到了ZPETC正弦位置跟踪曲线如图4.5所示，正弦位置跟踪误差曲线如图4.6所示。同上所述，可以得到其跟踪特性曲线如图5.7所示，跟踪误差如图4.8所示。图4.5 ZEPTC正弦位置跟踪曲线Fig.4.5 sine position tracking curve of ZPETC图4.6 ZPETC正弦跟踪误差
5、曲线Fig.4.6 sine tracking error curve of ZPETC图4.7 基于ZPETC的斜坡跟踪特性曲线Fig.4.7 slope tracking characteristic curve of ZPETC图4.8 基于ZPETC的斜坡跟踪误差曲线Fig4.8 slope tracking error curve of ZPETC由于外界因素的影响，在没有参加DOB的情况下，单独参加ZPETC后对位置精度并没有很大提高。我们需要参加DOB来验证它的性能，参加PID中，即变成一种PID+DOB的控制方法，输入同样的信号。得到正弦跟踪特性曲线如图4.9，正弦跟踪误差曲线
6、如图4.10。输入斜坡信号，让其匀速运动，得到跟踪特性曲线如图4.11，跟踪误差曲线如图4.12。 图4.9 基于PID+DOB的正弦跟踪特性曲线Fig.4.9 sine position tracking curve of PID+DOB图4.10 PID+DOB的跟踪误差曲线Fig.4.10 sine tracking error curve of PID+DOB图4.11 基于PID+DOB的单轴直线电机匀速运动跟踪特性曲线Fig 4.11 slope tracking characteristic curve of PID+DOB图4.12 基于PID+DOB的斜坡跟踪误差曲线Fig.
7、4.12 slope tracking error curve of PID+DOB从图中可以看出，DOB对系统的鲁棒性有这明显的提高，最后本文采用ZPETC+DOB方法对控制器设计，继续输入同样的信号得到的正弦跟踪特性曲线如图4.13所示，正弦跟踪误差曲线如图4.14所示。，斜坡跟踪特性曲线如图4.15，斜坡跟踪误差曲线如图4.16所示。图4.13 基于ZPETC+DOB的正弦跟踪特性曲线Fig.4.13 sine position tracking curve of ZPETC+DOB图4.14 ZPETC+DOB的跟踪误差曲线Fig4.14 sine tracking error cur
8、ve of ZPETC+DOB图4.15基于ZPETC+DOB的单轴直线电机匀速运动跟踪特性曲线Fig.4.15 slope tracking characteristic curve of ZPETC+DOB图4.16 基于ZPETC+DOB的斜坡跟踪误差曲线Fig.4.16 slope tracking error curve of ZPETC+DOB 本文设计的ZPETC+DOB对提高系统的鲁棒跟踪特性十分显著。4.3本章小结仿真实验说明本文设计的ZPETC+DOB和MPC+DOB控制效果都比PID控制效果要好，并且二者控制效果十分相似，由于ZPETC在设计上十分简单，因此有很好的使用前
9、景，上文中在PID和PID+DOB的相比中可以看出参加DOB后控制效果有了十分显著的提高，使系统受到因素的影响更小。因此，所设计的ZPETC+DOB能够有效的提高系统的鲁棒跟踪特性。第五章 结论永磁同步直线电机的XY平台伺服系统十分容易受到外界环境因素的影响，跟踪特性差的问题，本文提出了ZPETC+DOB+CCC的方法，到达减小直接驱动XY平台伺服系统的轮廓误差，从而提高轮廓精度，通过仿真结果分析，得到结论如下：XY平台存在系统滞后、摩擦、XY双轴之间互相影响等问题，随着工业对加工精度的提高，长使用的PID很难满足控制需要。针对XY平台两轴之间的相互影响问题，在XY平台双轴参加交叉耦合控制器，从而到达减小轮廓误差。针对单轴直线电机系统滞后的问题，本文对ZPETC前馈控制器进行了设计，即对XY平台设计了一种ZPETC+DOB+CCC的控制方法，仿真实验说明，这种方法比PID单独作为单轴控制器的方法轮廓误差小得多，具有更好的控制效果。
