基于交叉耦合的双自由度平台协同控制

发布时间：2017-09-17 07:07

  本文关键词：基于交叉耦合的双自由度平台协同控制

  更多相关文章： 扰动抑制 双电机同步 轮廓误差 交叉耦合

【摘要】：精密和超精密加工过程中对轮廓误差进行有效控制是提高加工精度的根本途径,但是在多轴加工过程中针对单轴的控制无法有效减少轮廓误差。本文从工件台宏动电机出发,构建一个基于工件台X向和Y向直线电机的双自由度运动轨迹跟踪系统,对两个Y向电机采取偏差耦合的同步策略来保持其在运动方向上的一致,对X和Y采取交叉耦合控制的策略来控制整个双自由度系统在跟踪轨迹曲线过程中的轮廓误差。X和Y向电机均为永磁直线电机,针对直线电机结构特点,分析了运行过程中所受到的推力波动,以公式的形式给出了其表达式。由于实际条件下电机运行的情况复杂,因此对运行过程中的推力扰动进行了辨识,并拟合了其模型。在拟合模型的基础上,采用对控制量直接补偿的方法,抵消电机运行过程中这部分推力带来的扰动。Y向双电机由于制造参数和所受扰动的不一致,在运行过程中会存在运动方向上的相对偏移,影响整个系统的精度,为了对这两个电机的相对运动进行控制,抑制其相对偏移,设计了相应的同步策略。为了实现对轨迹曲线的有效跟踪,引入了交叉耦合控制,交叉耦合控制是解决多轴系统轨迹跟踪轮廓误差控制的有效手段。实时的交叉耦合系统与非实时交叉耦合系统的区别在于实时系统其耦合增益是一个时变的量,运行过程中会根据曲线的几何特性动态调整,因此具有更优良的性能。交叉耦合控制的核心是轮廓误差的获得,针对任意给定的轨迹,本文给出了几种不同的轮廓误差估计方法,分析了其优劣,对其中部分方法给出了仿真结果。最后基于之前的方法提出了一种新的轮廓误差估计方法,论证了其合理性并分析了时间空间复杂度。本文所述方法相对之前的方法,实现更为简便,轮廓误差估计值更为准确,从仿真结果来看,具有更小的轮廓误差。为了试验本文提出的方法在实际中的效果,本文搭建了相应的软硬件试验平台,在平台上完成了试验。
【关键词】：扰动抑制 双电机同步 轮廓误差 交叉耦合
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM359.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及研究的目的意义9-10
• 1.2 国内外发展现状10-12
• 1.2.1 轮廓控制发展现状10-11
• 1.2.2 交叉耦合控制发展现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 第2章 精密运动平台扰动抑制及同步策略14-30
• 2.1 引言14
• 2.2 双工件台系统组成14-15
• 2.3 直线电机概述15-17
• 2.3.1 直线电机原理15-16
• 2.3.2 直线电机控制技术16-17
• 2.4 直线电机控制系统设计17-18
• 2.5 扰动分析及补偿18-25
• 2.5.1 直线电机扰动来源分析18-20
• 2.5.2 扰动的模型辨识20-23
• 2.5.3 扰动抑制23-25
• 2.6 同步控制策略及仿真25-28
• 2.6.1 同步控制概略25-27
• 2.6.2 Y向电机同步控制设计27
• 2.6.3 Y向双电机仿真27-28
• 2.7 小结28-30
• 第3章 基于交叉耦合的精密运动平台轮廓控制30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 交叉耦合控制概述30-33
• 3.3 两种不同结构的比较33-34
• 3.4 系统稳定性分析34-37
• 3.5 仿真和比较37-38
• 3.6 小结38-40
• 第4章 任意轨迹跟踪的轮廓误差估计方法40-62
• 4.1 引言40
• 4.2 基于圆弧和直线插补方法的轮廓误差估计40-42
• 4.3 基于任务坐标的轮廓误差估计42-47
• 4.3.1 原理分析42-43
• 4.3.2 仿真及分析43-47
• 4.4 基于牛顿迭代的轮廓误差估计47-52
• 4.5 基于搜索优化的轮廓误差估计52-61
• 4.5.1 算法原理分析53-57
• 4.5.2 算法的时间和空间复杂度分析57-58
• 4.5.3 仿真和分析58-61
• 4.6 小结61-62
• 第5章 系统实现及算法验证62-77
• 5.1 引言62
• 5.2 系统组成62-69
• 5.2.1 上位机64-65
• 5.2.2 IC6主卡及VxWorks65-66
• 5.2.3 VME总线66-68
• 5.2.4 运动控制卡68-69
• 5.3 实物实验69-76
• 5.3.1 同步实验69
• 5.3.2 圆轨迹跟踪实验69-72
• 5.3.3 玫瑰线跟踪实验72-74
• 5.3.4 心形线跟踪实验74-76
• 5.4 小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-84
• 致谢84

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本文编号：867958