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。     

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.     

伺服增益不匹配的双轴同步误差补偿策略

针对双轴驱动系统中由两轴伺服增益不匹配造成的运动不同步问题,从单轴稳态误差分析入手,构建单轴跟踪误差与两轴同步误差的关系。推导出参考位置为斜坡信号时同步误差的理论计算公式,确定两轴伺服增益系数及进给速度与同步误差间的定量关系;基于推导所得公式,提出将速度影响因子引入交叉耦合控制器中,并给出两种同步误差补偿策略(策略1和策略2)。通过仿真与实验验证了所推导同步误差理论计算公式的正确性;所提出的两种同步误差补偿策略均能有效减小因两轴伺服增益系数不匹配而产生的同步误差,且补偿后单轴系统的动态响应性能不会受到影响;与采用补偿策略1相比,采用补偿策略2后所获得的同步误差曲线更为平稳。     

非圆曲面XY直驱加工廓形误差交叉耦合控制

XY直驱平台加工非圆零件时,X、Y轴跟踪误差并不能直接反映廓形误差,且廓形误差的方向与跟随误差及轮廓的凹凸性密切相关,廓形误差补偿困难。针对该问题,分析了XY平台非圆零件加工机理,提出了外表面与内表面廓形加工X、Y轴跟踪误差耦合形成廓形误差的计算模型,并根据该模型设计了前馈交叉耦合控制器补偿廓形误差。建立了直线电机XY加工仿真模型,以修正心形曲面外表面与内表面轮廓加工为例,进行了常规加工与前馈交叉耦合廓形误差补偿控制对比仿真实验,并采用刀具轨迹法对仿真结果进行了进一步验证。结果表明,耦合误差计算模型具有很高的准确性,所设计的前馈交叉耦合控制器能够有效提高XY直驱平台的非圆轮廓加工精度。     

X-C直驱平台平面曲线轮廓磨削廓形误差非线性耦合控制

为提高X-C平台的曲线轮廓加工精度,引入了双轴联动耦合控制思想。根据切点跟踪加工原理,提出X,C轴跟踪误差耦合形成廓形误差的计算模型,在此基础上设计了X-C直驱加工耦合控制系统。为削弱曲线轮廓X-C磨削过程中轮廓轨迹、加工速度变化、磨削力变化、控制参数等因素对轮廓精度的影响,研究非线性PID调节的控制策略来补偿控制X,C轴跟踪误差引起的廓形误差。建立了直线电机与力矩电机构成的X-C直驱加工平台仿真模型,并以凸轮加工为例进行非线性交叉耦合廓形误差补偿控制仿真实验。结果表明:与常规加工相比,所设计的非线性交叉耦合控制器能够在一定程度上提高X-C直驱平台曲线轮廓的加工精度。     

多轴联动的机床交叉耦合轮廓误差补偿技术

为了提高多轴联动CNC机床的加工精度,减小由机械传动及电气控制等因素造成的轮廓误,针对多轴联动CNC机床伺服采用交叉耦合参数选择困难及稳定不强等问题,提出了一种交叉耦合轮廓补偿的控制方法,建立了交叉耦合轮廓误差补偿的模型,搭建了x轴、y轴及z轴仿真实验平台,仿真实验结果表明,轮廓误差补偿的算法使用交叉耦合误差补偿算法进行控制,可以大大减小轮廓误差,提高插补控制精度,也减小数控插补系统的单轴震动,对其他数控插补过程具有借鉴意义。     

基于轮廓误差估计模型的双轴同步控制策略

针对由伺服参数不匹配及外部扰动引起的双轴运动中不同步现象,提出将给定进给速度比下两轴间的同步控制问题转换为二维轮廓控制问题。通过几何分析获得同步误差与轮廓误差之间的关系,并基于等效切线轮廓误差估计模型,提出一种新型双轴交叉耦合同步控制策略。在自主开发的直线型双轴运动控制实验平台上进行同步控制实验,实验结果表明:无论是等速同步运动还是非等速同步运动,在伺服增益不匹配及摩擦扰动影响下,所提出的新型交叉耦合同步控制策略能有效减少同步误差的产生。     

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MPC和CCC的XY平台鲁棒跟踪控制

针对XY平台伺服系统在位置定位过程中由于扰动、摩擦等因素造成的轮廓误差的问题,提出将模型预测控制器(MPC)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的控制方法.预测控制器通过多步测试、滚动优化和反馈校正等方法对XY平台单轴的定位精度进行优化,减小XY平台系统的跟踪误差.同时采用交叉耦合控制器对系统进行解耦,以解决两轴之间的耦合问题,进而减小系统的轮廓误差,提高系统的轮廓精度.最后通过仿真实验,验证所提出的控制方案是可行的,既保证了系统的鲁棒性,又提高了系统的跟踪精度,进而改善系统的轮廓加工精度.     

基于双深度神经网络的轮廓误差补偿策略研究

五轴数控机床的加工精度通常由轮廓误差指标来衡量。传统的轮廓误差降低策略主要包括精确的轮廓误差估计和有效的轮廓控制器设计。然而,传统策略存在刀具路径轮廓误差在线估计或控制器设计复杂等问题。为此,从机床输入驱动指令和输出末端位姿的映射出发,针对五轴数控机床加工大批量工件提出基于数据驱动的轮廓误差补偿策略。调整PID控制器参数保证系统单轴伺服的稳定跟踪,同时采集各伺服轴的输入指令和机床的实际输出位姿。针对五轴数控机床的刀具位姿和刀轴方向分别搭建位姿和方向两个深度神经网络,并基于数据训练所得的神经网络模型预测系统新的输入参考指令。采用五轴刀具路径开展轮廓跟踪试验。试验结果表明:所提出的基于深度神经网络的轮廓误差补偿策略不需要刀具路径轮廓误差的在线估计和控制器的有效设计,即可有效降低刀具路径的位置和方向轮廓误差。     

半闭环三轴机床静态解耦轮廓控制及螺距误差补偿

为提高半闭环三轴机床加工精度,首先提出单伺服轴的螺距误差补偿方法;在建立半闭环三轴机床解耦轮廓系统模型基础上,研究了静态解耦轮廓控制器的设计,并在所提出的静态解耦轮廓控制系统上实现了螺距误差补偿.实验结果表明,算法有效地实现了轮廓的切线、法线和副法线方向的解耦跟踪控制.加入螺距补偿后,机床加工半球的最大圆度误差由55μm缩小到12μm.     

直线电机进给系统轮廓误差预测控制方法及仿真研究

为提高永磁同步直线电机驱动的进给系统轮廓轨迹跟踪精度和系统的动态性能，提出了一种显式模型预测交叉耦合控制方法（Explicit model predictive cross-coupled control, EMPCCC）。该方法结合显式预测控制原理与交叉耦合控制思想，对单轴电流和速度信号进行多步预测，将轮廓误差作为反馈量来修正预测控制的给定轨迹，达到轮廓误差预测控制的目的。基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型，结果表明，所提EMPCCC方法能快速实现不同转速波形的无超调跟踪控制，且可以实时估计并补偿轮廓误差，提升不同轨迹的轮廓精度。     

基于动态轮廓误差估计的三轴运动平台NNLARC控制

在直线电动机驱动三轴运动平台中,为提高轮廓加工精度,需要解决两个主要问题,即轮廓误差估计和轮廓误差控制。采用基于牛顿极值搜索算法的动态轮廓误差估计的方法,建立更为精确的轮廓误差模型。由于永磁同步直线电动机(PMLSM)易受外部扰动和摩擦力等因素影响,为使系统具有良好的跟踪性能和抗干扰性能,采用神经网络学习的自适应鲁棒控制(NNLARC)进行单轴位置控制器的设计,削弱各种因素对于系统性能影响。另外,采用位置环交叉耦合控制器,解决三轴间的动态特性不匹配问题,进一步减小轮廓误差。仿真结果表明,所设计的方法能有效提高系统的加工精度和鲁棒性。     

基于TMS320F2812的永磁直线电机伺服控制研究

针对DSP芯片TMS320F2812用于采集编码器脉冲的计数最大值小于反馈的总脉冲数最大值,以及伺服控制中的跟踪误差等问题,将偏差累加法和前馈控制运用到伺服控制中。开展了电机角度的处理和位置跟踪精度的分析,建立了电机电角度和脉冲数,以及跟踪误差和前馈系数之间的关系,在安装了分辨率为0.5μm海德汉增量式光栅的永磁直线同步电机平台上,只通过在软件上采取P+前馈补偿来提高伺服控制系统的性能,而不需要采用额外的计数芯片或采用更高级的DSP。基于Simulink搭建了电机控制系统的模型,仿真分析了3种给定位置曲线下系统的跟踪误差情况,并对梯形加减速位置给定曲线进行了实验验证。研究结果表明,P+前馈补偿控制可以大大减小位置跟踪误差。     

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...     

X-Y精密定位平台的敏感函数逆前馈补偿控制

针对音圈电机驱动的X-Y定位平台中稳态误差导致的系统定位精度较低的问题,提出了基于敏感函数逆的前馈补偿控制方法。首先,采用频域辨识方法建立了系统模型,基于终值定理推导出系统扰动和稳态误差的关系,并由此设计了敏感函数的逆模型来补偿扰动对稳态误差的影响,从而提高系统精密定位性能。最后,在搭建的音圈电机驱动X-Y定位平台上进行了不同运动行程的实验研究。实验结果表明:在行程为10μm,最大加速度为6mm/s2的微定位运动条件下,补偿后的定位误差可由2μm降低到0.2μm;在行程为10mm,最大加速度为6m/s2的宏定位运动条件下,定位误差可由2μm降低到0.4μm。实验结果验证了本方法的有效性,为后续高精密伺服系统的研制提供了重要参考和设计依据。     

面向伺服动态特性匹配的轮廓误差补偿控制研究

在多轴数控加工中,轮廓误差直接决定零件最终加工精度。交差耦合控制和任务坐标系法通过估计轮廓误差,并设计轮廓跟踪控制器来提高轮廓精度。这两种方法存在大曲率位置轮廓误差估计精度差,轮廓控制增益整定依赖于工程经验等问题。为此,从伺服轴动态特性匹配出发,提出了一种基于轮廓误差精确计算的轮廓误差补偿控制方法。根据足点定义,采用解析方法快速准确计算轮廓误差。将轮廓误差分量分别补偿到各伺服轴的速度环和转矩环,提高各伺服轴动态特性的匹配程度。采用两维和三维NURBS曲线开展轮廓跟踪试验。试验结果表明:所提出的轮廓误差计算方法可以精确求解轮廓误差;所提出的轮廓误差补偿控制方法不需要建立轮廓误差与伺服跟踪误差间的映射关系,且可通过调整控制器增益定量显著减小轮廓误差。     

伺服运动控制轮廓误差补偿技术研究

针对单轴的定位精度问题提出了迭代学习控制方法来减小跟踪误差,并在传统PID-CCC控制器的基础上提出了模糊自适应算法在线自动调整交叉耦合的PID参数。实验证明将该方法应用于轮廓误差补偿,能够提高两轴的协调性能,可以快速地跟踪轮廓参考轨迹,不但很大程度上减小了系统跟踪误差与轮廓误差,还提高了控制系统的鲁棒性。     

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.     

参数自调整交叉耦合的轮廓补偿关键技术的研究

针对许多CNC两轴联动存在进给负载扰动、机械系统延迟、轮廓误差协调增益控制环的参数不匹配等问题,通过参数自调整就可以达到交叉耦合的轮廓补偿的目的,进而可以提高CNC加工精度。采用CNC机床参数自调整交叉耦合的轮廓补偿方法,调整p进行交叉耦合变增益控制,设计变增益交叉耦合增量C,抑制曲线多轴交叉耦合轮廓控制,使用MATLAB进行仿真。仿真结果表明:采用CNC机床参数自调整交叉耦合的轮廓补偿,可以最大可能地消除了交叉耦合的轮廓,使得自调整交叉耦合的轮廓补偿显著性的提高,该方法有效地提高轮廓精度,满足高速、高精度的插补误差补偿。