一种直驱XY平台精密轮廓跟踪控制方法

针对直驱XY平台在加工高进给率或存在尖角的轮廓时精度较差这一问题,该文提出一种精密轮廓跟踪控制方法。首先,利用参考轮廓和当前位置信息构造关于轮廓误差的代价函数,采用牛顿极值搜索算法进行动态轮廓误差估计(CEE)。然后,对轮廓误差进行迭代学习控制(ILC),并将ILC的结果用于调整参考轮廓,形成修正参考轮廓,以获得更好的跟踪性能,从而改善轮廓精度。接着,利用互补滑模控制器(CSMC)抑制系统中参数变化、外部扰动、非线性摩擦等不确定性因素的影响,提高单轴的鲁棒性能和跟踪性能。最后,系统实验结果表明,该控制方法能够明显地提高系统的控制性能,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。     

基于动态轮廓误差估计的双轴直驱平台 精密轮廓控制

为使双轴直驱平台在加工高进给率或存在尖角的轮廓时能实现高精度轮廓控制,提出一种动态轮廓误差估计(CEE)和互补滑模控制器(CSMC)相结合的精密轮廓控制方案。首先,建立含有参数变化、摩擦力等不确定性因素的双直线伺服系统动态方程。接着,采用牛顿极值搜索算法进行动态CEE并在每个采样点对轮廓误差参数的梯度向量和Hessian矩阵进行更新,具有较快的收敛速度和良好的瞬态性能;构建由位置误差和轮廓误差估计量形成的修正误差,作为CSMC的输入,利用CSMC抑制系统不确定性因素的影响,提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该控制方法能够明显地提高系统的控制性能,减小系统的轮廓误差,进而改善双轴直驱平台的伺服系统轮廓加工精度。     

基于双边界层滑模观测器的双轴直驱平台迭代学习轮廓控制

双轴直驱平台在加工高进给率或存在尖角的轮廓时,由于轨迹的复杂性和系统非线性不确定性的存在导致轮廓误差较大.因此,本文提出一种自适应迭代学习控制器(AILC)和双边界层滑模观测器(SMO)相结合的鲁棒迭代学习轮廓控制方案.首先,建立含有参数变化、摩擦力等不确定性因素的双直线伺服系统动态方程,并在任务坐标系下建立轮廓误差模型,将跟踪误差的法向分量近似为轮廓误差.采用AILC对轮廓误差进行控制,以实时提高系统的轮廓跟踪性能;使用双边界层SMO对系统扰动进行补偿,通过改变双边界层厚度削弱抖振,并且提高观测器的鲁棒性.最后,系统实验结果表明,该方法能够明显地提高系统的控制性能,减小系统的轮廓误差,进而改进双轴直驱平台伺服系统的高精度轮廓加工性能.     

直驱XY平台的改进鲁棒迭代学习控制

针对直驱XY平台鲁棒交叉耦合控制(CCC)系统设计迭代学习控制(ILC)器的过程中,没有充分利用鲁棒控制的有效信息增加设计复杂性的问题。依据具有不确定性的直驱系统的鲁棒性条件和ILC在L2范数下的鲁棒收敛条件,采用鲁棒反馈控制器设计过程中保证鲁棒性的性能加权函数设计单轴ILC控制器。建立了直驱XY平台的系统模型,并给出了单轴鲁棒ILC控制器和双轴变增益CCC控制器的设计方法。与传统ILC控制器设计相比,所提出的方法不但保证了系统的鲁棒性,而且简化了设计过程,提高了系统的跟踪精度和轮廓精度。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

直驱XY平台伺服系统预测鲁棒轮廓跟踪控制

针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。     

基于经验模态分解算法的直驱XY平台交叉耦合迭代学习控制

在直驱XY平台系统的交叉耦合迭代学习控制(crosscoupled iterative learning control,CCILC)过程中,由于每次运行时轮廓误差的累积,会导致系统出现收敛速度降低甚至发散的现象。针对这一问题,提出一种与经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法相结合的CCILC控制方法。首先设计CCILC控制器,直接降低轮廓误差。然后,利用EMD算法分解CCILC过程中的轮廓误差,筛选并剔除其中的发散分量,提高收敛速度和轮廓精度。仿真和实验结果表明,与传统CCILC相比,所提出的控制方法能够使直驱XY平台系统的轮廓跟踪效果更好,并且使输出轨迹在较少的迭代次数下快速且精确地收敛到期望轨迹。     

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。     

基于融合误差的直驱H型平台自适应全局滑模轮廓控制

针对直驱H型平台在跟踪非线性轨迹时,同步误差及系统负载变化影响轮廓跟踪精度的问题,提出一种基于融合误差的滑模轮廓控制器与最优位置控制器相结合的控制策略。将并联轴位置不同步引起的横梁(X轴)偏转角定义为等效同步误差。基于等效误差模型,构建适用于H型平台轮廓控制的融合误差模型,并以融合误差为状态变量设计自适应全局滑模轮廓控制器,在消除同步误差影响的同时,抑制负载变化对轮廓控制精度的影响。通过最优系统频域因子分解求解位置控制器的参数,提高单轴伺服系统的动态响应性能,减少位置超调量。最后,实验结果验证了所提出的控制策略能有效减小直驱H型平台伺服系统的轮廓误差和同步误差,增强系统的鲁棒性。     

精密直驱龙门系统的交叉耦合互补滑模控制

针对龙门定位平台上双直线电动机伺服系统的位置精确同步控制问题,提出一种基于交叉耦合控制(Cross-Coupled Control,CCC)与互补滑模控制(Complementary Sliding Mode Control,CSMC)相结合的控制方案。考虑到永磁直线同步电动机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor,PMLSM)易受系统存在的端部效应、参数变化、外部扰动及非线性摩擦等不确定性因素的影响,建立含有不确定性因素的直线伺服系统的动态模型。为了使系统实现高精度强鲁棒性的位置跟踪性能,设计基于CCC和CSMC的双直线电动机伺服系统。利用CSMC对系统不确定性因素不敏感和抖振小的优点,来保证双直线电动机伺服系统中单轴的位置跟踪精度;并将CCC引入到双直线电动机伺服系统中,消除了双电动机之间存在的耦合,进而减小了系统的位置同步误差。系统实验结果表明,该控制方法具有快速的跟踪性和较强的鲁棒性,能够满足高精度强鲁棒性的实际加工生产需求。     

一种永磁直线电机驱动X-Y平台精密轮廓跟踪控制策略

为了解决轮廓误差模型的不准确对循迹系统的影响,提出一种新的轮廓误差模型,该模型利用跟踪误差与进给率等信息定义轮廓误差,是一种改进式的等效切线轮廓误差模型。同时,为了减少直驱式X-Y平台在循迹跟踪过程中产生的轮廓误差,采用了位置PDF控制与轮廓TCC补偿控制相结合的整合式控制策略。PDF控制使位置伺服系统具有较好的鲁棒性,TCC轮廓补偿控制可以对轮廓误差进行实时的补偿。实验结果表明,该文所提出的改进式轮廓误差模型无论是在低进给率或高进给率条件下,都可以实时且有效地计算出循圆跟踪系统的轮廓误差,并使X-Y平台满足高精度轮廓跟踪的要求。     

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。     

基于经验模态分解算法的永磁直线同步电机迭代学习控制

在永磁直线同步电机驱动伺服系统的迭代学习控制(ILC)过程中,针对由于每次运行时跟踪误差的累积,导致系统出现收敛速度降低甚至发散的现象,提出一种基于经验模态分解(EMD)算法的迭代学习控制方法。首先设计闭环ILC控制器,然后利用EMD算法分解ILC过程中的跟踪误差,筛选并消除其中发散的分量,保证ILC的收敛性,提高ILC的收敛速度。仿真和实验结果表明,与传统ILC相比,所提出的控制方法能够使系统的跟踪效果更好,且保证了伺服系统的输出轨迹在较少的迭代次数下快速精确地收敛到期望轨迹。     

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.     

高精度定位系统的摩擦力自适应前馈补偿

为了有效抑制机电系统摩擦力等外部扰动对系统动态性能的影响,针对直驱伺服系统中往复定位存在的摩擦力,提出了一种基于自适应前馈控制器的摩擦力补偿策略,此方法能够有效利用参考模型与被控对象的位置跟踪误差等信息,在线实时确定自适应控制率,在保证系统稳定的条件下,能够有效克服系统摩擦力及模型慢时变等引起的系统动态性能异常。针对直驱伺服系统建立其数学模型,根据数学模型确定自适应补偿环节的数学形式,并利用Lyapunov函数证明了自适应控制率的稳定性。最后通过试验表明,在跟踪正弦位置指令时,基于自适应前馈补偿的方法动态跟踪误差的均方根值为4.8μm,与PID无摩擦补偿控制方法相比,提高了47.3%,与传统模型参考自适应控制方法相比,提高了17.9%。综上所述,所提方法可以有效抑制系统摩擦力干扰,提高系统动态跟踪精度。     

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XY平台的模糊滑模轮廓控制

双直线电机XY平台在加工中负载扰动以及系统参数的变化会使其产生轮廓误差,而且任意轨迹轮廓误差为非线性函数不易进行建模。采用适用于任意轨迹建模的轮廓误差计算法建立双直线电机XY平台的轮廓误差模型并以此误差量作为具有逼近能力模糊滑模轮廓控制器的输入,使误差量在有限时间内趋近于零,以满足XY平台的高精度加工要求.仿真结果表明,所设计的双直线电机XY平台系统具有强鲁棒性和较高的轮廓精度。     

基于迭代学习与FIR滤波器的PMLSM高精密控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)运行时易受端部效应、摩擦力、负载扰动、参数变化等不确定性因素的影响而难以达到高精度跟踪控制的问题,提出一种基于迭代学习与有限冲击响应(FIR)滤波器的控制方案。PMLSM伺服系统执行重复任务时,迭代学习控制(ILC)可有效地抑制重复性扰动,具有很高的控制精度,但执行非重复性任务时很难获得较高的控制精度。为了进一步改善基于ILC的PMLSM伺服系统运行迭代1次的跟踪精度,利用ILC的输出信息来设计FIR滤波器,进而用FIR滤波器来代替ILC,使控制系统达到最优的ILC,以提高系统的跟踪精度。采用滑模控制(SMC)对FIR滤波器进行补充,使位置误差快速收敛到一定的界限内,以提高系统的抗扰能力。实验结果表明,所提出的控制方案使系统具有很高的位置跟踪精度和很强的鲁棒性。     

基于速度前瞻的双轴直线电机交叉耦合控制策略

为进一步提高双轴直驱型工作平台的加工精度,减小平面轮廓误差,并增强整体系统结构鲁棒性和响应速度,提出一种基于速度前瞻型双轴直线电机交叉耦合控制策略.首先建立基于双轴直线电机的数学模型,并改进自适应插补算法,设计能够适应广泛路径类型的交叉耦合轮廓误差控制器.同时利用双环滑模控制算法设计单轴电机控制器,该控制器可以提高电机对干扰做出反应的速度,并及时调整输出.为降低机械冲击和结构振动,利用速度前瞻控制器,提前根据曲率变化对路径进行S型速度规划,给出插补速度,实现了柔化运动过程,减小系统机械振荡的目的.实验结果表明,该控制方法能够明显地提高系统的控制性能,减小系统的轮廓误差,提高控制精度.     

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.     

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。