基于模糊神经网络滑模控制的xy平台轮廓控制

永磁同步直线电机(PMLSM)直接驱动xy平台数控系统曲线轨迹跟踪时,其轮廓精度会受负载扰动以及曲线轨迹轮廓误差模型复杂等问题的影响。针对此问题,采用具有自学习能力的模糊神经网络滑模控制(FNNSMC)进行单轴位置控制器的设计,在不失滑模控制鲁棒性的情况下,有效地削弱该控制所产生的抖振;两轴之间运用实时轮廓误差计算法建立曲线轨迹的轮廓误差模型并采用交叉耦合控制(CCC)进行轮廓控制器的设计,实现跟踪误差与轮廓误差的同时减小。仿真结果表明:该控制方案基本消除了抖振,保证xy平台具有较强的鲁棒性和较高的轮廓精度。     

基于模糊滑模的两轴伺服系统轮廓误差交叉耦合控制算法

针对两轴伺服系统轮廓误差控制问题,提出一种基于模糊滑模的交叉耦合轮廓误差控制方法。设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,用于消除干扰作用。将模糊控制器用于自适应调节滑模控制器切换增益,减小滑模控制的抖振现象。采用交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,解决轴间参数不匹配的问题,保证轮廓控制精度。仿真结果表明:该方法能有效提高跟踪精度和轮廓精度。     

基于交叉耦合结构的同步控制器设计

为了提高单轴伺服系统的抗扰动能力和动态响应性能,基于现代控制算法设计了终端滑模-自适应模糊跟踪控制器。由于交叉耦合控制(CCC)结构可以实现轴间信息共享,故采用此结构提高镜像运动的两轴间的同步精度。利用Matlab/Simulink仿真平台,模拟了持续扰动作用下两轴跟踪正弦信号的同步运行过程,通过对比于传统PID控制器的响应曲线,证明了所提出的控制方法能够提高伺服轴的信号跟踪能力,更好地抑制扰动并减小同步误差。     

最优ZPETC在数控机床伺服跟踪控制中的应用研究

在高精度数控机床伺服跟踪控制系统中,为使输出响应能完整地跟踪输入指令,不仅要求输出与输入之间的相位差为零,而且要求幅值一致,通常采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)作为前馈控制器,补偿相位误差,但同时也产生一定的增益误差.为改善ZPETC的跟踪性能,提出一种基于L2-范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字前置滤波器.该方案在保持系统零相位误差的同时,改善了系统增益性能,从而提高跟踪精度,这一点已得到仿真结果的证明.     

双丝杠同步控制误差建模与仿真分析北大核心

为解决双丝杠进给系统同步控制误差过大的问题,建立了双丝杠进给系统的机电耦合仿真模型,并基于模糊控制与滑模控制理论,设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,以减小滑模控制产生的抖振现象,同时提高单轴跟踪精度以及响应速度;为解决双丝杠运行时存在的参数不匹配和耦合问题,采用模糊PID交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,以提高两轴同步性,减小同步误差;最后进行了MATLAB/Simulink建模与仿真分析,仿真结果表明,在理论上能够提高单丝杠的信号跟踪精度87.09%,并且减小双丝杠两轴之间的同步运动误差86.79%。     

XY平台直线伺服系统的IP变增益交叉耦合控制

XY平台直线伺服系统中,负载扰动、机械时间延迟及各轴响应速度不同会影响轮廓加工精度,为此提出了一种将积分-比例(I-P)控制、速度前馈控制及变增益交叉耦合控制相结合的控制策略。单轴采用由IP控制和前馈控制构成的复合速度控制器,IP控制具有快速响应和抑制扰动的能力,速度前馈控制可增加系统跟踪能力,降低机械时间延迟效应。间接减小轮廓误差。并且,在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,直接减小轮廓误差。仿真结果表明该控制方案可增强系统的鲁棒性,提高系统的快速性和轮廓加工精度。     

多轴数控机床伺服参数优化方法研究

数控机床在实际生产中,各轴伺服参数调整不好将影响机床的加工精度。为提高多轴联动中各轴伺服参数的匹配性,推导三轴数控机床加工轮廓误差的计算方法,分析三轴数控机床各轴进给系统伺服参数对轮廓误差的影响,提出2个进给轴之间伺服参数匹配方法。以人字齿的加工为例,对比了参数优化前后的实际加工轨迹,参数优化后人字齿的轮廓误差由优化前的300 μm减小到100 μm,各轴伺服参数匹配能够有效提高数控机床的加工精度。     

基于PDFF的直线电机驱动XY平台H∞交叉耦合控制

XY平台直线伺服系统中,负载扰动、机械惯性及双轴响应速度不匹配会影响轮廓加工精度,为此提出了一种将PDFF及H∞交叉耦合控制相结合的控制策略.单轴速度控制器采用兼顾快速性和鲁棒性的PDFF控制,间接减小轮廓误差.并在X、Y轴间引入交叉耦合控制,将基于PDFF的XY平台交叉耦合控制框架等效为一反馈系统,采用H∞次优方法设计交叉耦合控制器,直接减小轮廓误差.仿真结果表明该控制方案可增强系统的鲁棒性,提高系统的快速性和轮廓加工精度.     

基于交叉耦合结构的轮廓控制器设计

针对工业控制中常出现的双轴伺服系统轮廓控制问题,在分析典型曲线轨迹轮廓误差的基础上,设计了一种具有位置闭环反馈和轴间协调控制器的交叉耦合控制(CCC)结构。通过CCC结构进行轮廓误差估计,利用轮廓误差分配系数把估计值补偿到各伺服轴上以实现精确轮廓控制,并给出了基于轮廓误差传递函数的稳定性分析。在X-Y双轴平台上进行实验,结果表明:与传统非耦合情况相比,交叉耦合控制结构下的轮廓误差在平均值,最大值和均方根值减小了63.01%,56.28%和62.07%。     

基于数据驱动的凸轮磨削轮廓误差补偿

针对数控凸轮磨削机床在加工过程中存在的周期性、重复性轮廓误差和不易建模等问题,提出一种基于数据驱动的轮廓误差补偿策略。在数控凸轮磨削机床的单轴伺服跟踪系统中加入无模型自适应迭代学习控制,该方法沿迭代轴引入伪偏导数,将复杂的非线性系统动态线性化处理。针对两轴之间由于伺服跟踪误差不同导致的滞后量不同,利用交叉耦合迭代学习控制,将补偿量按照交叉耦合系数反馈到单轴伺服控制系统中,实现对凸轮磨削轮廓误差的补偿。最后通过仿真实验验证了提出的轮廓误差补偿策略可以有效减小凸轮的轮廓误差,提高了数控凸轮磨削机床的加工精度。     

基于H∞反馈的直接驱动XY平台切向轮廓控制设计

为了提高XY平台的轮廓加工精度,在分析系统轮廓误差的基础上,提出将H∞速度反馈控制器和切向-轮廓控制器(TCC)相结合的控制策略.在速度环内采用H∞鲁棒控制理论设计反馈控制器,在具有模型摄动及外部干扰的情况下,保证了闭环系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能,TCC使得XY平台之间的耦合作用消除,且轮廓控制器设计变得更加直接和简单.单轴系统采用IP(积分-比例)控制与速度前馈控制相结合的复合控制器.仿真结果表明所设计控制系统在保证具有较好的跟踪性能、鲁棒性能的同时轮廓精度大大提高.     

Sliding mode contouring control design using nonlinear sliding surface for three-dimensional machining

Machining accuracy as well as consumed energy saving are important issues in machining by multi-axis feed drive systems. The contour error, which is defined as the error component orthogonal to the desired contour curve, is a good indicator of machining precision. This paper presents a novel sliding mode contouring controller with nonlinear sliding surface to improve the machining accuracy for three-dimensional machining. Unlike the conventional sliding mode control design, the proposed nonlinear sliding surface depends on the output so that the damping ratio of the system changes from its initial low value to its final high value as the output changes from its initial value to the set point. Hence, the proposed algorithm allows a closed-loop system to simultaneously achieve low overshoot and settling time, resulting in a smaller error. Because the contour error is more important than the tracking error with respect to each feed drive, the contour error component is included in the proposed sliding surface. By using the proposed method, simulation and experimental results for a desktop three-axis machine show a significant performance improvement in terms of the contour error.     

基于进给优化的五轴机床高精度加工研究

介绍五轴机床最佳进给率和高性能精密控制算法加工方式,并进行实验验证。通过引入进给率调度算法,以最大限度地减少五轴弯曲刀具路径的循环加工时间。在寻找沿刀具路径的最佳进给时,考虑了五轴驱动器的速度、加速度和加加速度限制,以确保伺服驱动器以最小的跟踪误差平稳和线性运行。为设计一个精确的轮廓控制器,开发分析模型来估计五轴加工实时过程中的轮廓误差,通过考虑刀尖与参考路径的法向偏差和刀轴方向与参考方向轨迹的法向偏差来定义两种类型的轮廓误差。     

一种进给伺服系统非线性PID交叉耦合控制

提高多轴伺服系统的轮廓跟随性能是现代计算机数控加工的重要应用之一。针对传统交叉耦合控制方法对自由曲线轨迹的轮廓跟踪精度较差以及传统PID控制系统抗扰性和鲁棒性较差的问题,提出一种基于自抗扰控制的交叉耦合轮廓误差补偿综合控制策略,该策略由用于位置环反馈控制和轮廓误差补偿的新型非线性PID (NLPID )、位置伺服控制器 TNP-ADRC 和基于NLPID的变增益交叉耦合控制器组成。在MATLAB/Simulink环境下对方波信号跟踪和标准圆轮廓加工过程中轮廓误差的变化情况进行仿真,仿真结果表明：与传统PID交叉耦合控制相比,该方法不仅能够有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰能力,并且能够显著提高多轴运动控制系统的轮廓加工精度。     

基于遗传算法迭代学习的偏心轴廓形误差补偿研究

为了提高偏心轴类零件轮廓加工精度,引入遗传算法和迭代学习PID控制算法,利用遗传算法对偏心轴磨床不同转速下的X-C轴PID参数进行整定,再通过迭代学习PID控制方法对X-C轴进行迭代学习控制,减小偏心轴磨床X-C轴的跟踪误差,通过MATLAB的Simulink仿真工具建立偏心轴磨削迭代学习PID控制仿真程序,进行仿真实验。实验表明基于遗传算法的PID迭代学习控制比普通PID控制更能够有效控制X-C轴跟踪误差,提高偏心轴轮廓加工精度。     

精密伺服进给平台控制系统设计

伺服进给系统作为数控机床整体的重要功能部件,对数控机床整体加工性能起着非常重要的促进作用.文章首先结合伺服进给系统的工作特性,建立了扭矩模式下的伺服进给系统模型,然后结合系统辨识的手段,得到了模型的参数值,根据得到的系统数学模型,文中设计了基于极点配置方法的控制器,经过试验验证,取得了良好的控制效果.     

Robust contouring control for biaxial feed drive systems

Contouring control is an effective method of providing precision machine tool control, and various such methods have been proposed to date. However, most existing methods require prior exact knowledge of feed drive dynamics. This paper presents a robust contouring control system design that takes into account dynamics modelling errors and disturbances such as friction. We first present a controller design for biaxial feed drive systems that enables assignment of controller gains, for reducing the error component orthogonal to the desired contour curve, independent of the tangential error component. Although this design provides better control performance with small control input variance, an inherent contour error exists because of the difficulty in calculating the exact contour error for any contour curve in real time. To address this problem, a reference adjustment method is used to estimate the actual contour error. A robust contouring controller is proposed based on the variable structure control. The effectiveness of the robust controller is demonstrated by experimental results using circular and non-circular contour curves.