数控机床直线电机进给伺服驱动的摩擦力和扰动抑制措施

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动数控机床伺服系统,提出了一种基于摩擦力和扰动补偿的零相位误差跟踪控制策略.以解决摩擦力和扰动对系统性能的影响.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而补偿制器克服了摩擦和扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性和定位精度.仿真结果表明,该种控制方案较好地改善数控机床进给的定位精度和跟踪性能.     

数控机床直线伺服系统智能反推控制的研究

针对高速高精数控机床直线伺服系统,考虑参数变化、外部负载扰动和摩擦力等不确定因素对系统伺服性能的影响,设计基于递归模糊神经网络( RFNN)的反推控制器,利用了递归神经网络具有捕获系统动态信息的优点,可实时补偿不确定因素对跟踪性能的影响.仿真结果表明,该控制策略明显降低了不确定因素对系统性能的影响,从而显著提高了直线伺服系统的位置跟踪精度.     

双直线电机驱动的悬浮移动横梁同步控制技术的研究

在高精度直线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.本文分析了零相位误差跟踪控制算法的工作原理,证明了其控制效果的无差性.仿真结果表明,系统具有更宽的输人频率带宽,更低的输人输出幅度和相位误差,输出信号可十分精确地跟踪正弦和随机输人信号.对于数控伺服系统及其它具有快速响应和高精度性能要求的系统,ZPETC具有很好的控制效果和广泛的应用前景.     

永磁同步直线电机积分滑模控制北大核心

针对永磁同步直线电机伺服控制系统容易受内参和扰力的影响以及动态响应慢的问题,提出了一种基于幂指趋近律的改进型积分滑模控制方法。该方法在传统的积分滑模控制器基础上引入非线性项和微分项参数,采用带有边界层的函数代替符号函数,来减少滑模控制器引起的抖振,以及提高动态段跟踪能力和减少超调量。仿真和实验结果表明,与传统的三闭环PID控制相比,改进型积分滑模控制算法使系统具有更好的响应性能、跟踪性能、定位精度高和强鲁棒性,满足了半导体封装设备中XY平台直线电机伺服控制系统的高速高精度运动需求。     

基于重复控制器的双直线电动机伺服系统同步控制

在许多加工应用中,通常需在有限行程中作连续的周期运动,所以要考虑对周期性轨迹的跟踪和对周期性扰动的抑制.为此,文章针对双直线电动机的周期运动特性,在考虑跟踪性能和稳定性的基础上,采用主从控制和重复控制相结合的策略保证两电动机同步运动并且补偿了周期性误差.仿真结果表明,所提出的控制方案是十分有效的,既保证了双直线电动机的同步运动,又显著地减小了系统的跟踪误差,从而达到快速跟踪和稳定的目的.     

数控机床直线伺服系统混合LQ-H∞控制器设计

文章基于永磁直线同步电机系统提出了一种将线性二次型最优控制同H∞鲁棒控制相结合的鲁棒跟踪控制策略,文中的控制器由两部分组成,H∞鲁棒反馈控制器和线性二次型最优控制器,前者作为抗扰调节器,后者作为跟随调节器。这种控制策略的优点在于,它既能利用H∞控制方法保证系统的鲁棒性能,克服系统中存在的模型不确定性与外部干扰对系统性能的影响,又能够利用线性二次型最优控制器的线性反馈控制策略保证系统的跟踪性能。仿真结果表明,该方案在保证对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性的同时,又改善了伺服系统跟踪的快速性、精确性。     

基于单片机控制的TIG弧长跟踪系统研究

针对TIG弧长跟踪过程中存在高频高压的干扰和动态响应速度慢的问题,以STC12C5A60S2单片机为控制核心,设计了弧压采样电路、单片机检测与控制系统和弧长调节电机驱动电路等弧长跟踪控制系统硬件,在此基础上采用PD控制算法设计并编制了弧长控制软件,组成了TIG焊弧长跟踪系统。该系统在现场TIG焊中的应用表明:系统能很好地实现TIG焊的弧长跟踪,能够克服TIG焊高频引弧的影响,动态响应度快、调节精度高,且工作性能稳定可靠。     

直驱XY平台伺服系统的递归神经网络鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步电机驱动的XY平台存在的系统滞后、未建模动态、系统参数变化摩擦力以及外部负载扰动等不确定性因素对伺服系统性能的影响,提出一种递归神经网络控制方法,来控制XY平台伺服系统的运行状态,以达到鲁棒精密跟踪控制的目的。由于递归神经网络是一种动态的映射结构,对上述不确定性均能有效控制,它具有前馈和反馈两种的网络连接方式,同时递归神经元具有内部的反馈回路,不需外部的延时反馈,即可获得系统的动态响应。仿真实验结果表明,所设计的控制系统具有较强的鲁棒性能和快速跟踪性能,大大减小了系统的轮廓误差,提高了系统的定位精度。     

基于线性化解耦的永磁直线伺服系统H∞鲁棒控制器的设计

对数控机床永磁直线伺服系统速度跟踪问题,提出基于线性化解耦的H∞鲁棒控制器的设计.永磁直线同步电动机由于模型的非线性和变童间的耦合给系统的控制带来困难,在速度跟踪控制中,采用状态反馈线性化方法来实现模型的精确线性化和动态解耦.利用非线性坐标变换和非线性反馈将系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.进而,通过设计H∞鲁棒控制器来实现速度跟踪控制.仿真结果表明,用该方法设计的数控机床永磁直线伺服系统具有良好的速度跟踪性能.和干扰抑制性能.     

基于神经网络的虚拟轴机床轨迹跟踪控制方法的研究

针对永磁直线电机驱动的六自由度虚拟轴机床提出基于神经网络的轨迹跟踪控制方法.采用神经网络来实现永磁直线电机伺服系统的位置和速度控制,将负载扰动、杆间耦合扰动等效地看成电动机模型参数的变化,通过调整权值来补偿不确定性扰动对轨迹跟踪控制的影响,保证了系统的鲁棒性.仿真实验结果表明,用该方法设计的虚拟轴机床控制系统具有良好的跟踪给定和抑制扰动的效果,从而保证机床运动协调、姿态合理.     

自抗扰控制器在非圆车削中的应用

自抗扰控制器具有不依赖于被控对象模型的特性,具有很好的适应性.为了提高非圆车削中直线伺服单元的跟踪精度和鲁棒性,文章对自抗扰控制器进行了改进,并应用于直线伺服单元的控制中.仿真结果表明自抗扰控制器的应用提高了控制系统的跟踪性能和抗干扰性.     

Tracking control and active disturbance rejection with application to noncircular machining

Control systems are usually required to track reference signals while operating under the influence of disturbances. A fast tool servo system for noncircular machining application works under such conditions, resulting in large control efforts. This paper presents a linear active disturbance rejection controller design for a voice coil motor-driven fast tool servo system for noncircular machining application. The controller is designed through an extended state observer to estimate and compensate the variant dynamics of the system, nonlinearly variable cutting load, and other uncertainties. Then, a simple proportional derivative controller produces the control law. To improve the tracking performance of the fast tool servo, the tracking error from the trial-cutting workpiece is added to the reference input and used as feed-forward error compensation. In such a combined control arrangement, the active disturbance rejection controller provides active disturbance rejection ability for the controller, and the feed-forward error compensation controller improves the tracking precision. Both the tracking control and disturbance rejection performances are thus enhanced. In real-time control and implementation, the effects of finite word length, position feedback resolution, and short sampling period are analyzed and addressed. Machining experiments are conducted, and the results illustrate the control system synthesis procedures and a substantial improvement over the tracking error generated by the linear active disturbance rejection controller alone.     

时变周期性参考输入的自适应重复控制系统设计

在凸轮研磨加工应用中,为符合特定加工条件,凸轮需要操作在变转速条件,这将使得输入信号变成所谓的时变周期信号,即是位置或角度的周期信号.因此,为降低时变周期信号的跟踪误差,提出了一种基于重复控制理论设计的具有线性时变特性的自适应重复控制器,使得角位移域内的时变周期信号得到衰减.采用自适应重复控制理论将定义在时域内的所有的控制信号转换成定义在角位移域内的信号,以使输入信号变成周期函数.针对直线伺服电机驱动的凸轮加工中心进行了仿真研究,结果表明所提出的控制方案是有效的,提高了系统跟踪精度,大大减小了跟踪误差.     

高精度电液位置伺服系统的设计

将小流量的伺服阀用于低速液压缸的定位控制和跟踪控制，建立了该液压伺服系统的非线性数学模型，实验表明其随动性优于传统的线性控制器，抗干扰能力强。     

基于李雅普诺夫理论的电液伺服系统非线性位置控制研究

电液伺服系统存在高度非线性及参数时变等问题,同时由于其多学科性质导致精确模型的建立比较困难。针对电液伺服系统非线性位置控制问题,采用基于非线性系统的李雅普诺夫理论的控制器实现电液伺服系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。构造了伺服阀以及液压执行器的动力学方程,建立电液伺服系统简化数学模型。基于非线性系统的李雅普诺夫理论,利用积分反演法设计了电液伺服系统控制器。采用MATLAB软件对电液伺服系统进行仿真,并与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:采用所设计的控制器,电液伺服系统对阶跃和正弦信号的跟踪性能较优,所需控制电压减少50%左右,跟踪误差也大大减少。     

基于自抗扰控制的直驱电液伺服系统仿真研究

针对直驱式电液伺服系统中存在的非线性特性和外部扰动导致系统流量供给不平衡问题,基于自抗扰控制理论,提出一种基于三阶线性自抗扰控制的液压缸位置控制方法,实现直驱式电液伺服系统电机转速与液压缸位置的闭环控制。同时针对传统系统建模不精确导致控制效果差的问题,在理论分析的基础上,结合电液伺服系统的性能和实际工况,基于AMESim建立直驱式伺服液压系统仿真模型。通过建立AMESim和Simulink的联合仿真模型,验证控制器的有效性。结果表明：该控制策略可以有效消除由于流量供给不平衡导致的液压缸在换向运动时出现位移波动,液压缸位移的平均绝对百分比误差为4.4%,较好地实现位置跟踪。在外负载扰动的情况下,系统具有较强的抗干扰能力,从而保证系统的稳定性。     

学习前馈控制在高精度直线伺服系统中的应用

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统,在分析影响直线伺服跟踪精度因素的基础上,采用学习前馈控制(LFFC)策略对其进行有效的补偿控制.在系统和扰动定性知识的基础上,设计了基于B样条网络的学习前馈补偿控制.仿真结果表明,该控制策略有效地降低了负载扰动、端部效应、摩擦力及参数变化等对系统性能的影响,提高了直线伺服系统的跟踪精度.     

一种用于液压伺服系统位置跟踪的混合模型预测控制器设计

为了提高液压伺服系统对目标位置的跟踪准确度,设计一种用于液压伺服系统位置跟踪的混合模型预测控制器。首先,通过对液压伺服系统建模,分析其组成结构,建立液压缸与伺服阀的运动学模型。然后,对传统模型预测控制器的工作状态进行分析,获取其对应的线性时不变模型。并在传统模型预测控制器的基础上,利用通过布谷鸟搜索算法改进的PID控制器,设计了混合模型预测控制器。最后,利用所设计的混合模型预测控制器,对阶跃、方波以及不规则信号产生的目标位置轨迹进行了跟踪测试。测试结果显示:所设计的混合模型预测控制器不仅能够跟踪多种信号产生的目标位置轨迹,而且跟踪准确度较高、波动性较小;混合模型预测控制器在跟踪阶跃、方波以及不规则信号产生的目标位置轨迹时,相比传统模型预测控制器的跟踪结果,最大偏离度分别减小了6.77%、17.39%、19.64%,说明所设计的混合模型预测控制器能够控制液压伺服系统对目标位置进行良好的跟踪。     

基于连续滑模控制的电液伺服系统轨迹追踪控制

为改善电液伺服系统的轨迹追踪精度,设计一种连续滑模控制器,用于对电液伺服系统进行轨迹追踪控制。在电液伺服系统的建模过程中,以控制阀阀芯位移为依据,得到了电磁线圈上的电压及电流方程。在液压流体的作用下,建立气缸内液压流体的流量方程。根据系统的轨迹误差,构造滑动面模型。在开环传递函数状态空间模型的基础上,建立控制律的连续方程,进而得出连续滑模控制器,以克服电液伺服系统的不确定性和扰动性,控制其对标定轨迹进行精确追踪。与干扰观测器对标定轨迹的追踪结果相比,该方法在追踪弧形及方波标定轨迹时,追踪精度分别提高了31.23%和39.98%。该方法能有效改善电液伺服系统的轨迹追踪精度。