基于等效误差法的直线电机XY平台二阶滑模控制

对于直线电机驱动XY平台,系统动态的非线性、系统不确定性因素以及曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂等问题影响其轮廓加工精度。采用适用于多轴非线性运动系统轮廓控制的等效误差法,建立可用于一般曲线跟踪且容易计算的XY平台等效误差非线性模型。运用二阶滑模控制方法进行轮廓控制器的设计,通过连续控制量使滑模面及其时间导数在有限时间内趋近于零,削弱抖振的同时抑制不确定性因素对系统性能的影响,使直线电机XY平台达到高加工精度要求。理论推导与仿真结果表明,所设计控制系统能有效提高XY平台的轮廓加工精度。     

基于速度场与反馈线性化的直接驱动XY平台轮廓控制

针对高精度直线电机直接驱动XY平台伺服控制系统,提出一种将速度场与反馈线性化相结合的控制策略,以提高系统的轮廓精度。根据方向场理论,以划分网格点的方式建构任意轨迹的速度场,对系统的指令轨迹路径进行规划,将双轴协调控制转化为单轴速度控制。采用反馈线性化方法针对各单轴非线性速度误差动态进行线性化处理后,设计状态反馈控制器,减小系统的速度误差,以提高系统轮廓精度。仿真与实验结果表明,所提控制策略能够有效提高XY平台的轮廓精度。     

直线电机驱动XY平台的速度场轨迹规划与控制研究

针对直线电机驱动XY平台执行高精度任意自由轨迹轮廓控制任务的情况,提出一种基于速度场的轨迹规划方案,以建构速度场的方式规划指令轨迹的路径,将双轴位置协调控制转化为各单轴速度控制,消除"轨径缩减"现象。首先,基于方向场理论,以划分网格点的方式构建轨迹速度场,并将由速度场规划的X、Y轴的速度分量作为系统指令的速度输入,通过设计各单轴PI控制器使X、Y轴的速度误差趋近于0,以提高系统的轮廓精度。仿真与实验结果表明,所提方案能够构建任意轨迹的速度场,将双轴协调控制简化为各单轴速度控制,提高了系统的轮廓精度。     

直线电机驱动XY平台的速度场轨迹规划与控制研究EI北大核心CSCD

针对直线电机驱动XY平台执行高精度任意自由轨迹轮廓控制任务的情况,提出一种基于速度场的轨迹规划方案,以建构速度场的方式规划指令轨迹的路径,将双轴位置协调控制转化为各单轴速度控制,消除"轨径缩减"现象。首先,基于方向场理论,以划分网格点的方式构建轨迹速度场,并将由速度场规划的X、Y轴的速度分量作为系统指令的速度输入,通过设计各单轴PI控制器使X、Y轴的速度误差趋近于0,以提高系统的轮廓精度。仿真与实验结果表明,所提方案能够构建任意轨迹的速度场,将双轴协调控制简化为各单轴速度控制,提高了系统的轮廓精度。     

直接驱动XY平台轮廓误差分析及法向交叉耦合控制

在直线电机直接驱动XY平台中,负载扰动、机械延迟以及两轴驱动系统参数不匹配等因素影响轮廓加工精度.采用H∞速度反馈控制、零相位误差跟踪控制(ZPETC)与法向交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制以提高轮廓加工精度,实现跟踪误差与轮廓误差的同时减小.H∞控制在速度环通过反馈作用消除负载扰动因素的影响,使系统具有较好的鲁棒性.ZPETC基于零、极点对消和相位对消提高系统跟踪精度.法向交叉耦合控制作用于两轴之间,将轮廓误差作为直接被控量进行实时补偿控制,有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计.仿真结果表明,所设计的控制系统具有较好的跟踪性、鲁棒性和轮廓精度.     

基于摩擦观测器的直接驱动XY平台轮廓控制器设计

针对高精度直线电机驱动XY平台轮廓控制系统,将摩擦补偿与轮廓控制相结合,提高系统轮廓精度。设计基于LuGre模型的状态观测器及摩擦估计器以消除摩擦非线性对系统的影响,采用适于一般自由曲线轮廓控制的实时轮廓误差法建立系统轮廓误差模型与切向误差模型,结合观测状态,设计基于摩擦补偿的轮廓控制器。理论的分析和仿真结果表明,所设计控制系统能够提高XY平台的轮廓精度。     

直线电机驱动XY平台精密轮廓跟踪控制

为了减少直驱XY平台在循迹跟踪过程中所产生的轮廓误差,该文提出一种PDFF位置控制器与实时变增益轮廓误差补偿器相结合的轨迹跟踪控制方案。通过合理选择PDFF控制器的3个参数,使永磁直线电机位置伺服系统在减少超越量的同时具有响应速度快的优点。其次,为了实时准确地估算轮廓误差,利用跟踪误差与进给率等信息定义一个新的轮廓误差模型,并依此模型构建实时轮廓误差估计器,再通过与变增益交叉耦合控制结构相结合组成实时变增益轮廓误差补偿器。实验结果表明,所提出的创新性方法不仅可实时且有效地计算出轨迹跟踪系统的轮廓误差,并且使XY平台满足高精度轮廓跟踪的需求。     

基于反馈线性化的直线电动机伺服平台轨迹跟踪控制研究

在非线性曲线轨迹加工时,直接驱动XY伺服平台普遍存在轮廓误差精度差的问题。为提高轮廓误差精度,提出将最优化位置控制与等效误差轮廓控制相结合的复合控制策略。为了保证位置伺服控制器的高精度控制,采用以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)为性能指标的最优化控制器设计方法。为了保证精密XY伺服运动平台高精度轮廓加工,轮廓控制器以等效误差量为状态变量,通过反馈线性化的极点配置使等效误差动态稳定,从而减小轨迹轮廓误差。仿真与实验表明,所提出的控制方法有效抑制了端部效应引起的周期性推力波动等扰动,使精密XY伺服运动平台满足高精度轮廓加工的要求。     

双直线电机伺服系统驱动平台的鲁棒跟踪控制

针对双直线电机直接驱动双轴平台轮廓加工中存在的电气——机械延迟、系统参数不确定性及两轴驱动系统参数不匹配等因素的影响,将零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器,克服了伺服滞后,使系统实现准确跟踪,减小了跟踪误差;交叉耦合控制器作用于两轴之间,用以增加两轴间的匹配程度,以减小轮廓误差。两种控制器相结合的控制策略对两轴的运动进行协调控制,实现跟踪误差与轮廓误差同时减小。仿真和实验结果表明所提出的控制方案具有较好的跟踪性和鲁棒性,进而大大提高了跟踪精度和轮廓精度。     

基于全局任务坐标系的直驱XY平台学习互补滑模轮廓控制

针对直驱XY平台在加工高速度和尖角轮廓时精度较差的问题,提出一种在全局任务坐标系(GTCF)中采用迭代学习控制(ILC)和互补滑模控制(CSMC)相结合的轮廓控制方法。首先,利用实际轮廓误差的一阶导数构建轮廓误差模型,并将轮廓误差和轮廓运动轨迹作为控制变量建立GTCF,使系统能够协调运行。然后,采用ILC对轮廓跟踪过程中的未建模动态进行补偿,并利用CSMC抑制直驱XY平台伺服系统中参数变化、外部扰动等不确定性因素的影响。最后,系统实验结果表明,该控制方法具有较强的鲁棒性和快速的轮廓跟踪性,能够实现更精确的控制性能,减小系统的轮廓误差,进而改进直驱XY平台伺服系统的高精度轮廓加工性能。     

The research of contour error compensation control for x-c non-circular grinding in polar coordinates

In the X-C linkage grinding of non-circular parts, the computation and control method of contour error in polar coordinates platform is different with that in the XY coordinates platform. To solve this problem, the analysis of the definition and computation methods for contour error and track error in polar coordinates platform will be made. Through the relative lead-lag relation of the linkage axes in the grinding process, the range of the estimation contour error is narrowed and a contour error calculation model is constructed. Then the contour compensation controllers along contour error direction and trajectory tracking error direction are designed respectively, and the error compensation decoupling matrix of the X-C linkage axes is given as well. In the end of this paper, we take the machining of the cylinder contour in Wankel rotary piston engine as an example. A simulation experiment of contour error compensation control based on relative lead-lag quantity is made. The result shows that the designed contour compensation controller can increase the contour machining accuracy effectively.     

数控机床多轴联动伺服电机的零相位自适应鲁棒交叉耦合控制

针对驱动多轴联动数控机床的高精度永磁同步电动机交流伺服系统,在分析系统轮廓误差的基础上,提出了将零相位误差跟踪控制器(zero phase error tracking controller,ZPETC)、自适应鲁棒控制器(adaptive robust controller,ARC)和交叉耦合控制器(cross coupling controller,CCC)相结合的控制策略。ZPETC提高了系统动态响应的快速性,消除系统的滞后现象,实现准确跟踪;ARC克服系统参数变化、负载扰动等不确定性因素的影响,增强系统的品质鲁棒性和稳定性;CCC用以消除各轴之间的增益参数和动态参数不匹配的影响。仿真分析表明所提出的控制方案有效,可提高零件的轮廓加工精度。     

基于支持向量机的直线电机推力波动前馈补偿

直线电机系统中,推力波动具有很强的非线性特点,是影响直线电机控制性能的重要因素之一。以结构风险最小化为学习规则的支持向量机进行推力波动模型辨识,来构成具有推力波动前馈补偿自适应控制单元的直线电机PID控制系统。该控制系统集合了PID线性控制和推力非线性补偿控制,以提高直线电机的轨迹跟踪精度。最后由Matlab仿真结果表明,基于支持向量机的推力波动模型比基于最小二乘法具有更高的辨识精度,控制系统具有更小的轨迹跟踪误差、更强的抗干扰性,从而提高直线电机定位精度。     

无权重系数整定的双轴进给驱动系统预测轮廓控制

为解决双轴进给驱动系统预测轮廓控制中,权重系数整定依赖人工经验和耗时较长的问题,本文提出一种双轴进给驱动系统有限控制集模型预测控制策略。首先将驱动电机的运动方程、电气方程和逆变器的数学模型相结合,建立统一模型;然后预测带有电流和转速信息的参考电压矢量;之后根据轮廓误差与跟踪误差之比,分情况来确定改进的价值函数;并进行备选电压矢量的选择和价值函数的寻优。最后,通过仿真研究证明所提出的控制策略能够满足所需的动态响应速度和轮廓跟踪精度,且无需权重系数整定。     

基于卡尔曼滤波的高精度弹道滤波算法研究

在弹道轨迹估计中,卡尔曼滤波算法是一种普遍使用的算法,常规卡尔曼滤波算法适用于线性离散系统.对于非线性离散系统模型,为了提高滤波的精度,减小系统模型误差以及未知的量测噪声和过程噪声统计特性对滤波精度的影响,提出了一种带有噪声统计估计器的拟线性最优平滑滤波算法.将该算法应用到弹道系统模型中,对弹道轨迹进行滤波估计.通过计算机建模仿真改进的算法和传统的拟线性最优平滑滤波算法,得到的实验结果表明,改进后的算法可以减小由于系统模型不精确带来的误差,很大程度上提高了弹道轨迹滤波估计的精度.     

凸轮轴磨削加工轮廓误差的自适应控制

凸轮轮廓误差的大小直接反映了凸轮磨削加工的精度,由于磨削过程中凸轮轮廓误差不能通过测量获得,该文推导了一种在极坐标系下凸轮轴磨削加工轮廓误差的表达式;采用两轴交叉耦合误差补偿模型,保证砂轮进给和工件旋转运动之间的数学关系;由于磨削力扰动、非线性因素及动力学模型的不准确等会降低轮廓精度,结合交叉耦合轮廓控制器,采用了模型参考自适应控制技术,通过在线计算轮廓误差,调节进给量,使实时轮廓误差满足精度要求。     

Accurate and efficient RTL power estimation based on power contour model

This paper proposes a new RTL power estimation method based on a power contour model. The model achieves accurate and efficient power estimation. The experimental results show that the maximum error is reduced by 56.19% and the RMS error is also reduced by 3.41% compared to the conventional table‐based RTL power estimation. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 182(3): 48–56, 2013; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22340     

为提高轮廓加工精度采用DOB和ZPETC的直线伺服鲁棒跟踪控制

为了提高轮廓加工精度,本文针对高精度直线伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略.ZPETC作为前馈跟踪控制器,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等,保证了系统的强鲁棒性能.仿真结果表明了所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能.从而有效地减小了轮廓误差,提高了轮廓加工精度.     

平面开关磁阻电机非线性力电流转换模型

为提高平面开关磁阻电机的运动精度,提出了一种平面开关磁阻电机非线性力电流转换模型。该模型表示为一个稀疏最小二乘支持向量机,以实测数据作为训练样本,利用交叉验证方法确定了稀疏最小二乘支持向量机参数,并通过实测的样本进行了准确性验证。构建了基于该模型的平面开关磁阻电机PD控制系统,并进行了系统运动控制实验。研究结果表明,该模型的相电流预测准确度高、建模误差小,基于该模型的平面开关磁阻电机系统能够实现稳定、平稳和精确的轨迹跟踪。