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.     

永磁直线电机驱动XY平台精密轮廓跟踪控制

为了减少高速进给率条件下轮廓跟踪过程中产生的轮廓误差,提出了一种将PDFF位置控制器与模糊交叉耦合控制器相结合的控制策略。首先,通过调节前馈增益,PDFF位置控制器可以综合利用PDF控制和PI控制的优点;其次,基于自由曲线轮廓误差模型来计算轮廓误差,并且提出一种以两轴的位置跟踪误差以及轮廓误差为输入的模糊交叉耦合器来减少轮廓跟踪过程中产生的轮廓误差;最后,空载与负载实验结果表明,与传统的交叉耦合结构相比,该方法在高速进给率条件下可以有效降低XY平台的轮廓误差,并且可以提高轮廓跟踪系统的鲁棒性。     

基于等效误差法的直线电机XY平台轮廓控制

对于直线电机驱动XY平台,非线性的系统动态、曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂以及传统控制无系统化参数调整规则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且容易计算的XY平台等效误差非线性模型,使轮廓控制问题转换为稳定化的问题.对非线性误差动态模型进行反馈线性化处理后设计状态反馈控制器,使轮廓误差趋近于零.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ZPETC和CCC的直驱XY平台高精度控制

针对直接驱动XY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,提出了将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)与交叉耦合控制器(CCC)相结合的控制策略对两轴的运动进行协调控制,实现跟踪误差与轮廊误差同时减小.ZPETC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;CCC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.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.     

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。     

基于极坐标法的直线电机XY平台轮廓控制

对于直线电机驱动XY平台,非线性的系统动态、曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂以及传统控制无系统化参数调整规则等问题影响其轮廓加工精度.采用适用于非线性运动系统轮廓控制的极坐标法,建立可用于一般曲线且容易计算的直线电机XY平台极坐标误差非线性模型,使轮廓控制问题转换为稳定化的问题.对非线性误差动态模型进行反馈线性化处理后设计状态反馈控制器,使轮廓误差趋近于零.理论推导与仿真结果表明所设计控制系统能有效提高直线电机XY平台的轮廓加工精度.     

基于PDFF双直线电机二阶滑模交叉耦合控制

针对龙门移动式镗铣床双直线电机同步进给控制问题,采用具有前馈的伪微分反馈（PDFF）控制框架来设计各轴子系统速度控制器,以提高系统的抗干扰能力和响应速度。同时,设计一个二阶滑模交叉耦合控制器,以解决双位置环系统输出端机械耦合、电机参数变化和外部扰动等不确定性因素对同步精度的影响。二阶滑模控制律采用超螺旋算法,它可以消除相对阶为1的变结构系统的抖振现象。仿真结果表明该控制方案具有很强的鲁棒性,在不对称负载的条件下能实现位移同步。     

基于NURBS插补与等效误差法的直接驱动XY平台轮廓控制

为满足复杂型面零件的高速高精加工要求,采用造型功能强大的NURBS曲线插补的方法作为指定加工曲线的路径给定.对于由两台直线电机驱动的XY平台,系统的非线性、不确定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,建立可用于自由曲线跟踪且容易计算的XY平台等效误差非线性模型.为使采用等效误差法设计的控制器与NURBS插补路径给定兼容,采用Sylvester隐式化方法将NURBS曲线的参数形式转换为代数形式,从而将两者恰当的进行结合.综合使用两种方法设计二阶滑模控制器,在满足自由曲线加工的同时亦削弱了非线性因素的影响,使直线电机XY平台达到高精加工的要求.仿真结果表明,所设计的控制器能有效地提高XY平台的轮廓加工精度.     

H型平台双环交叉耦合滑模同步控制

为提高H型平台双直线电机运动控制系统的抗干扰能力和同步运动性能,提出一种基于位置环和速度环双环偏差的交叉耦合滑模同步控制方法。采用交叉耦合算法建立双直线电机偏差（跟踪误差）的耦合关系,输出同步误差,并结合滑模控制器,实现跟踪误差与同步误差的同时收敛。基于仿真实验对比分析单位置环、单速度环和位置-速度双环3种交叉耦合结构的滑模控制在扰动输入后的位置跟踪性能和同步控制性能。仿真结果表明：位置-速度双环控制方的电机位置跟踪性能和同步控制性能较单位置环控制方法分别提升60.6%和51.95%,较单速度环控制方法分别提升85.0%和41.91%,为平台的同步性控制应用提供了参考。     

直驱H型平台的Laguerre迭代轮廓控制研究

针对直驱H型平台在跟踪大曲率复杂轮廓时,轮廓精度低的问题,提出一种精密轮廓跟踪迭代控制方法.采用有理多项式求根的方法精确计算在大曲率高速运动过程中的轮廓误差精确模型,应用Laguerre迭代估计方法结合交叉耦合控制器设计了综合考虑多轴协同运动的控制方案,以切实保证此类系统在实际应用中的高性能轮廓跟踪.系统实验结果表明,...     

基于GA的直线伺服系统H∞优化控制的研究

针对永磁直线伺服系统存在的不确定性扰动,提出基于遗传算法(GA)的H∞混合灵敏度控制方法.根据永磁直线伺服系统的数学模型,对电流环采用PI控制,用根轨迹法来确定控制器的参数;以参考输入和扰动作为系统的输入向量,考虑系统对参考输入的跟踪和对扰动输入的抑制,将速度控制器设计归结为H∞混合灵敏度问题;在选择多个加权函数时,以性能指标作为相应的适应度函数,采用遗传算法选取加权函数,设计伺服系统的H∞优化控制器.对系统进行计算机仿真.仿真结果表明,用该方法设计的系统,其抑制扰动和跟踪给定信号的性能得到改善,满足高性能数控机床永磁直线伺服系统控制的要求.     

双直线电机伺服系统动态同步进给的鲁棒H∞控制

文章以两台直线电机作为高速度、高精度龙门移动式镗铣床的龙门柱纵向进给的传动机构为应用背景,采用直接传动方案,对同一直线伺服系统内双位置环间的动态同步进给控制问题进行了研究.基于H∞控制理论设计了一个同步传动控制器,来保证同步精度;由IP位置控制器来满足位置系统跟踪性能要求.仿真结果表明了所设计方案的合理性和有效性.     

两轴变增益交叉耦合控制系统的仿真分析

直线伺服系统中,负载扰动、机械惯性及两轴响应速度不匹配会影响轮廓加工精度,如何提高两轴运动控制系统的协调性成为亟待解决的问题。文章在介绍永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上,详细分析了系统轮廓误差定义与变增益交叉耦合控制算法,最后在Matlab/Simulink环境下搭建了两轴变增益交叉耦合控制系统仿真模型,并对结果进行了分析。仿真结果表明,变增益交叉耦合控制算法较传统控制算法有效提高了系统的快速性和鲁棒性,并减小了系统的轮廓误差。     

基于迭代学习交叉耦合的轮廓误差控制方法研究

针对进给伺服系统传统控制方法产生的各轴特性不匹配、控制精度不佳、抗扰动能力不足等问题,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)和迭代学习交叉耦合控制(ILCCC)的轮廓跟踪控制算法。对于空间任意轮廓曲线,所提算法在三轴联动条件下,通过不断的迭代学习过程,优化分配给各轴的轮廓误差补偿量,加快伺服轴动态响应的同时,有效抑制伺服系统的轮廓误差。在仿真平台下建立控制器数学模型,对空间直线和空间螺旋线轨迹进行了三维跟踪验证。研究结果表明：与ADRC控制算法和ADRC+PIDCCC控制算法相比,ADRC+ILCCC控制算法在轮廓误差的最大绝对值、累计值以及平均值等指标上均有很大改善,证明了所提算法的优越性。     

双边驱动精密XY运动平台解耦控制研究

针对具有非对称结构的直线电机驱动精密XY运动平台,为提高Y向双边同步运动控制性能,采用解耦补偿器和输出变换矩阵的方法获得了精密XY运动平台Y向解耦控制,并采用相对增益矩阵(RGA)定量分析了解耦性能。同时考虑到X轴位置变化,将解耦补偿器和输出变换矩阵设计成与X轴滑块位置参数相关的,从而实现参数变化解耦控制。运动平台控制仿真结果表明,该控制策略实现了两变量平动和转动的解耦控制,可以较好地完成双边同步控制。     

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...     

数控转台回转送进系统动态伺服刚度的H∞鲁棒控制

数控转台用环形永磁力矩电动机回转送进系统采用直接驱动技术后，对负载转矩变化更为敏感，严重影响系统的动态伺服刚度，使系统的伺服性能大大降低。采用高级PDFF控制结构与H∞鲁棒控制理论相结合的方法，将动态刚度的最大化设计问题转化为H∞鲁棒控制的最小化设计问题来设计控制器。该控制器可以有效地抑制负载扰动对数控转台伺服系统的影响，使系统具有较强的鲁棒性，并获得良好的跟踪响应，在一定程度上解决了系统抗干扰性能与快速跟随性能之间的矛盾。仿真结果表明，与传统的PDFF控制器相比，所提出的基于高级PDFF控制框架的H∞控制器提供了更高的动态伺服刚度来抑制动态扰动。     

基于H∞控制的液压伺服系统鲁棒性设计

本文针对液压伺服系统的特点,运用Ｈ∞控制理论,提出了一种控制器,它能在保证系统鲁棒稳定性的同时确保系统的瞬态性能指标,并把此控制器运用泵马达系统中,仿真结果表明了它的有效性。     

基于观测器的机械手伺服系统非脆弱H∞控制

针对一类不确定时滞系统,考虑系统状态的不确定性和控制器的脆弱性,在系统的状态不能直接测量得到的情况下,设计基于状态观测器的不确定时滞系统的鲁棒非脆弱H_∞控制器。将其应用于机械手伺服系统轨迹跟踪控制仿真,通过对机械手角度、角速度等状态信息的观测跟踪,验证了状态观测器的有效性和鲁棒非脆弱H_∞控制的可行性。