《基於混雜系統描述的高頻主軸動態多目標最佳化控制研究》是依託華中科技大學，由劉洋擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於混雜系統描述的高頻主軸動態多目標最佳化控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉洋
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
全數字高頻主軸控制系統具有混雜系統的顯著特徵，依據連續系統理論建立的數學模型不能完整反映該系統的特性，並且當前採用的單目標最佳化方法難以滿足高檔數控工具機對高頻主軸控制系統的性能和可靠性要求，因此，本項目擬進行以下研究：採用層次模型建模方法，建立主軸控制系統的混雜動態數學模型，以完整反映高頻主軸控制系統的連續和離散特性，並在此基礎上開展穩定性分析和多狀態耦合機制研究，以完善全數字矢量控制系統的設計理論和分析方法；明確不同工藝和多狀態耦合下，主軸控制系統的偏好目標函式，提出基於膜計算的動態多目標協調最佳化算法，並利用最佳化問題的分解和組合，提高算法的收斂性和快速性，以實現對電流矢量分配、電流矢量給定和電流控制的最佳化設計，提升電流控制的精度、快速性和穩定性，以及輸出轉矩的最大化，保證主軸控制系統的高性能可靠運行，以滿足高檔數控工具機的高速及超高速加工需求。
結題摘要
全數字高頻主軸控制系統是數控系統的關鍵組成部分，其性能優劣直接決定了數控系統加工的精度、質量和效率，因此，本項目對高頻主軸驅動系統建模方法、控制最佳化方法進行了研究，在驅動系統的建模方法、動態特性和可靠性方面取得一定的研究成果，具體包括：採用了層次模型建模方法，建立了主軸控制系統的混雜動態數學模型，完整反映高頻主軸控制系統的連續和離散特性，完善了全數字矢量控制系統的設計理論和分析方法；研究了基於膜計算的動態多目標協調最佳化算法，提高了算法的收斂性和快速性，實現了對電流矢量分配、電流矢量給定和電流控制的最佳化設計；通過仿真和物理實驗，發現以上最佳化方法雖然可以提升電流控制的精度、快速性和穩定性，以及輸出轉矩的最大化，但同時也發現由於電機參數變化導致的磁場定向精度對多目標最佳化方案的實施和驅動系統的穩定性具有較大影響，因此，採用模型預測控制方法對磁場定向的精度進行校正，促進了項目實施的進度，提高了項目完成的最終指標。在完成項目內容的基礎上，基於數控系統對可靠性需求，進一步對驅動系統的故障問題進行分析，提出故障診斷和容錯控制方法，以保證主軸控制系統的高性能可靠運行。項目實施過程中，累計發表相關文章11篇，申請發明專利3項，授權1項，參加國內會議2次，國際會議5次，邀請國外專家講座2次。並且，在實施過程中，發現可靠性問題是項目順利實施的關鍵和未來主軸驅動系統的主要研究難點和國際研究熱點，通過與丹麥奧爾堡大學可靠性研究中開展國際合作研究，在磁場定向、新型功率器件和關鍵元器件可靠性方面取得了突破，這對於我國數控系統主軸驅動的可靠性問題提升具有重要意義。
