基于高精度轮廓误差估计的交叉耦合控制

在交叉耦合控制中,轮廓误差估计公式不仅用于估计轮廓误差大小,而且用于确定交叉耦合系数。估计公式的准确性直接影响轮廓控制精度,传统公式在大曲率位置存在明显估计误差。针对平面自由曲线的轮廓误差估计,研究点-曲线距离函数的微分特性,利用距离函数的Taylor展开提出高精度二阶估计方法,并指出基于密切圆近似的传统二阶方法在象限切换时存在的计算问题,同时对传统公式进行修正。在此基础上设计综合位置闭环反馈和交叉耦合控制器的轮廓跟踪控制器,并结合NURBS曲线进行两轴控制试验。试验结果表明:所提出的二阶方法相比于传统公式轮廓误差估计精度更高;基于所提出的二阶方法和传统公式设计的交叉耦合控制器,前者相比于后者可以显著提高轮廓控制精度。     

基于零相位误差跟踪控制器的轮廓误差交叉耦合控制

针对高精密轮廓加工，在分析系统轮廓误差的基础上，通过减小跟踪误差来间接减小轮廓误差，提出了将交叉耦合控制器和零相位误差跟踪控制器相结合的控制策略。交叉耦合控制器用以增加各轴之间的匹配程度，以减小轮廓误差；零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器，提高了快速性，使系统实现准确跟踪。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的，能达到良好的轮廓跟踪效果，从而提高了轮廓加工精度。     

基于CCC的移动目标模拟器轮廓误差控制与仿真

针对移动目标模拟器负载转动惯量大、运动速度快、运动轨迹非线性的特点,以减小移动目标模拟器轮廓误差为研究目标,对移动目标模拟器伺服控制系统进行设计,建立移动目标模拟器伺服控制系统模型,将交叉耦合控制系统(cross-coupled control,CCC)引入伺服控制系统中,并在MATLAB中进行了仿真验证。仿真结果证明基于交叉耦合控制的移动目标模拟器比传统的基于PID控制的移动目标模拟器能达到更高的控制精度,使得模拟器能更加真实再现目标运动轨迹。     

直接驱动Xy平台零相位误差跟踪新型交叉耦合控制

针对直接驱动XY平台高精密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以及扰动等因素影响轮廓加工精度的问题,提出了将零相位误差跟踪控制(ZPETC)与新型交叉耦合控制相结合的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。ZPETC作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,克服了伺服滞后,使系统实现准确跟踪,减小了跟踪误差,进而有利于减小轮廓误差;新型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,特别有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计。仿真和实验结果表明所设计控制系统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。     

磁流变抛光预补偿交叉耦合轮廓控制算法

文章首先介绍了直线和圆弧的轮廓误差模型,根据磁流变抛光运动特点推出了三轴联动时的轮廓误差模型,并针对该模型提出了三轴联动预补偿交叉耦合轮廓方法,最后进行了仿真及加工实验.仿真结果表明,在跟踪圆弧轮廓时,采用三轴预补偿交叉耦合轮廓控制算法,轮廓误差由0.045mm减小到0.006mm,可见该算法能有效地减小轮廓误差.通过对球面K9光学玻璃进行的磁流变抛光实验,获得了表面粗糙度Ra0.636nm、面形精度P-V值52.14nm的球形表面.     

基于交叉耦合与迭代学习的伺服系统运动控制研究

针对数控机床进给伺服系统各轴动态响应不一致,导致零件加工精度降低的问题,对数控机床进给伺服系统运动控制进行了研究.采用了迭代学习控制与交叉耦合结构相结合的控制方法,设计了进给伺服系统单轴位置环的迭代学习控制器,抑制了单轴跟随误差,设计了多轴的变增益交叉耦合迭代学习控制器,来抑制多轴轮廓误差;利用在MATLAB/SIMU...     

基于BP神经网络的空间轮廓误差自适应补偿

提出了矢量化的空间轮廓误差建模方法,并基于BP神经网络提出了交叉耦合控制器参数的自适应调整方法,使用三层神经元,根据进给速率以及曲率的变化进行控制器参数的自适应调整,而在补偿量的分配问题上则充分利用已有数据,以减小系统的计算量。实例仿真表明,所提出的自适应控制方法在进给速率设定值变化以及加工轮廓的半径发生变化时,都可以很好地控制轮廓误差的大小,提高轮廓加工精度。     

多轴协调运动中的交叉耦合控制

直接把轮廓误差作为控制的目标,在多轴运动的各轴之间引入耦合因素,通过各轴间的协调来提高轮廓精度,而不仅仅通过单轴解藕控制改善各轴的位置跟踪精度。就多轴协调运动中的各种交叉耦合控制器的设计,从控制的角度进行了全面的分析与综合,提出了有待解决的若干问题,对未来的发展方向进行了展望。     

数控系统轮廓误差矢量模型及其应用

为实现复杂三维空间曲线的交叉耦合控制并提高轮廓误差补偿精度,提出了一种新的轮廓误差计算模型,该模型利用数控插补器输出的刀位点和伺服系统的位置跟踪误差计算轮廓误差矢量.基于该模型,建立了由轮廓控制闭环和位置控制闭环构成的双闭环协同控制系统,实现了位置跟踪和轮廓补偿控制.通过仿真实验证明,双闭环控制结构可以明显提高数控系统的轮廓加工精度.     

曲轴非圆磨削中基于差分进化算法的变参数交叉耦合轮廓控制

曲轴非圆磨削通常采用补偿单轴伺服跟踪误差的方法来提高连杆颈轮廓加工精度,但磨削运动中大惯量砂轮架会严重影响伺服系统的高速响应性,导致单轴伺服跟踪误差补偿轮廓误差效果不理想.因此引入双轴联动交叉耦合控制思想,首先工件旋转轴与砂轮架直线轴的联动运动被近似为两根直线轴联动,并建立曲轴非圆磨削轮廓误差模型,在此模型基础上设计交叉耦合控制系统.为了弥补这种近似对非线性轨迹控制带来的不足,研究分段变参数的交叉耦合控制策略,并以工件轮廓误差最小为目标,采用差分进化(Differential evolution,DE)算法逐段对控制器参数进行优化.仿真实例结合试验表明:在基于DE算法优化的变参数交叉耦合控制下,曲轴非圆磨削理论轮廓精度较普通比例微分和积分控制或交叉耦合控制有所提高.     

基于多层模糊控制的交叉耦合补偿方法的研究及应用

采用交叉耦合控制能有效地提高复杂曲面轮廓精度,但是传统的交叉耦合控制需要一个确定的数学模型,而且对于大于3轴的多轴交叉耦合控制,由于建模非常困难等原因,现有的研究成果比较少。在加工复杂轮廓时,由于各个轴之间的耦合强度是不同的,所以在前人研究的基础上提出基于多层模糊的交叉耦合补偿方法。该方法根据各个轴之间耦合关系的强弱对耦合层次进行划分,然后设计多层耦合控制器,对实时的轮廓误差进行补偿,更符合实际控制系统的组合规律,所以综合的控制性能更高。最终,将该方法在四轴联动对称加工机床上进行实验研究。     

Chord error constraint based integrated control strategy for contour error compensation

Frontiers of Mechanical Engineering - As the traditional cross-coupling control method cannot meet the requirements for tracking accuracy and contour control accuracy in large curvature positions,...     

基于曲轴轮廓误差分析的随动磨床轴性能预测

发动机曲轴生产线要求曲轴随动磨床具有高可靠性和高精度稳定性.基于现场曲轴轮廓误差数据,分析得到其与随动磨床轴位置控制误差的对应关系,对于随动磨床轴的性能预测和可靠性维护具有重要意义.首先给出由随动磨床轴位置控制误差计算曲轴轮廓误差的方法.其次提出基于变分模态分解的曲轴轮廓误差分析方法.最后通过磨削实验采集和测量误差数据...     

考虑间隙特性的双机械臂模糊自适应鲁棒控制

为了克服间隙特性和未知扰动对双机械臂系统抓取物体性能的影响,设计了模糊自适应鲁棒控制律。首先建立了双机械臂系统数学模型和间隙特性模型,然后引入自适应律来估计未知扰动,利用模糊系统来估计系统模型参数,同时设计了自适应间隙逆模型来补偿间隙特性,并对系统进行了稳定性分析,最后实现了考虑间隙特性的双机械臂系统精确控制。仿真结果表明,设计的控制方法具有更好的快速性和准确性,能够确保物体在0.5 s内稳定跟踪轨迹指令,最大跟踪误差仅为0.5 cm;设计的自适应律能够快速准确估计未知扰动,最大估计误差仅为0.3 N·m,估计精度较高。     

Definition and estimation of joint-space contour error based on generalized curve for five-axis contour following control

Five-axis contour following is one of the main tasks for five-axis CNC machine tools. The contour following accuracy directly determines the final machining precision. Therefore, control of the five-axis contour error is significant. Currently, most existing definitions of five-axis contour error are in the Cartesian task space, and this inevitably requires direct and inverse Jacobian transformations between the task-space contour-error computation and the joint-space contour-error control. Different from them, this paper defines the five-axis contour error in the ℝ⁵ joint space through adjusting uniform units of five joints, and accordingly proposes a third-order estimation algorithm for the defined joint-space contour error, with the help of the concept of generalized curve. Based on the joint-space contour-error definition and estimation, a joint-space five-axis cross-coupling control scheme is finally provided. Simulation and experimental results demonstrate that the presented third-order joint-space contour-error estimation algorithm has a satisfactory estimation accuracy, and the presented joint-space five-axis contour control method can decrease both of the joint-space and the task-space five-axis contour errors by more than 49%. It is also analyzed and verified that comparing with routine task-space five-axis contour control method, the presented joint-space method not only needs not the direct and inverse Jacobian transformations during error estimation, which saves the computational burden, but also generates minimum axial contour-control commands, which enhances the control stability, thus resulting in better contour-following performances.     

基于LINGO的直线度误差精确评定

针对直线度误差求解难的问题,提出了基于LINGO软件的符合最小条件的误差计算方法,编制了通用计算程序,最后以实例验证了方法的可行性。     

数控车床中抛物线轮廓仿形加工的宏程序编制

简要介绍宏程序的概念、数学模型的选择、抛物线轮廓的实现方法和抛物线轮廓仿形加工原理。根据粗、精加工的不同情况,举例编制了相对应的数控加工程序,此方法适用于所有二次曲线的仿形加工。     

基于模型参考自适应控制的直线电机位置控制

针对直线电机的强非线性和时变特性,采用模型参考自适应控制(MRAC)方法对SISO直线电机闭环位置控制器进行了研究。利用偶极子对消建立了简化的永磁直线电机二阶数学模型,提出了基于局部参数最优化MIT(梯度)方案和全局稳定性理论的Lyapunov方案下的二阶直线电机位置模型参考自适应控制器,并对自适应控制器下的直线电机闭环系统稳定性进行了分析研究。在相同的前馈加反馈的控制器下,对这两种方案下的实验结果进行了对比分析。研究结果表明,基于Lyapunov第二方法设计的二阶控制器比MIT方法下的二阶控制器更能实现对三阶点到点轨迹输入信号的快速响应和跟踪,证实了直线电机位置自适应控制的有效性。     

基于线性预测模型的神经网络模糊PID控制

结合传统PID控制原理、神经网络技术、模糊控制技术及预测控制技术,提出了一种新型控制器结构.给出了在线调整PID参数的方法.仿真结果表明,基于线性预测模型的神经网络模糊PID控制使系统具有较好的鲁棒性.