● 摘要
音圈电机（voice coil motor）能直接驱动负载作直线运动，实现高频往复运动和精确定位，具有动态响应快、精度高等一系列优点。近年来，音圈电机被广泛应用在高性能的直接驱动式伺服阀领域里。 本课题以基于音圈电机的直接驱动式伺服阀系统为研究对象，以国内外现有的研究成果和实践经验为基础，通过理论探索、建立模型、实验论证等，对高精度高频响的位置闭环控制算法进行了有效研究。论文的主要工作内容和研究成果如下： （1）研究直驱阀位置控制系统的结构。对音圈电机的原理及其结构进行了分析，针对直驱阀系统的特点，设计了直驱阀阀芯位置控制系统，通过分析比较，选用位置环、电流环双闭环系统，搭建了整个系统的仿真模型。 （2）针对直驱高频响电液伺服阀阀芯运动时所受液动力对系统的稳、动态性能有较大影响，先后从经典控制、智能控制及现代控制三个方面，对该类电机的控制算法进行了分析研究。 一是针对经典PID控制所存在的不足，提出了一种基于BP神经网络PID的位置控制策略，分析和设计了神经网络PID控制器及其控制算法，并对该算法进行了仿真，以验证算法的有效性。 二是采用了自抗扰控制器，提出了自抗扰控制策略。自抗扰控制器通过跟踪-微分器为给定位置信号提供一个过渡过程，克服了系统响应速度和超调之间的矛盾，使得系统响应快且没有超调；通过扩张状态观测器将系统的负载等扰动观测出来并加以补偿，提高了系统的抗干扰能力；通过非线性状态误差反馈律实现了“小误差大增益，大误差小增益”的非线性控制，提高了控制精度。对自抗扰的参数进行了整定并对系统的性能进行了仿真。 三是采用了非线性PID控制器，分别对位置跟踪性能，系统抗负载扰动能力及系统对模型参数变化的鲁棒性进行了仿真。仿真结果表明非线性PID与其它控制方法相比，具有更好的稳定性和鲁棒性，具有更强的抗干扰能力，可以有效的克服液动力负载扰动的影响。 （3）介绍了整个系统的硬件结构，系统硬件部分包括：位置控制器电路，功率驱动电路，信号检测电路三个部分；设计基于音圈电机的直驱阀用驱动控制器的软件部分，在CCS的开发环境下，编写C语言，完成软件部分的设计。 （4）对所提出的非线性PID控制算法进行实际验证。在已有的硬件平台和软件基础上，进行电机系统实验，将研究的控制算法用于实验，并根据控制要求进行了程序的调试，最终完成了一系列的实验，其控制效果良好，实验证明，所提出的非线性PID控制算法是可行的。