双轴运动平台精密轮廓跟踪控制策略研究

发布时间：2018-05-10 16:26

本文选题：XY运动平台 + 轮廓控制　；参考：《沈阳工业大学》2015年博士论文

【摘要】：XY运动平台是实现多轴高档数控机床平面XY坐标运动的关键功能部件,精密轮廓控制是提高数控机床加工速度和精度的必然要求和发展趋势。本文以国家自然科学基金资助项目“基于速度场的直接驱动XY平台任意轨迹规划与精密轮廓控制”和辽宁省自然科学基金项目“双直线电机数控平台精密轮廓跟踪控制策略研究”为背景,以直线电机驱动XY运动平台伺服系统为研究对象,为提高轮廓精度展开了理论研究与实验研究。首先,轮廓误差模型建立是双轴XY平台轮廓控制必不可少的环节。一般XY平台的轮廓控制都采用时间域来建立轮廓误差模型,通过交叉耦合控制实现双轴协调控制,但对于复杂曲线轨迹,实时精确地建立轮廓误差模型很困难,因此,大多数轮廓误差模型都是采用近似等效误差模型,不能满足系统高精度高速度的要求。本文探讨了时间域到位置域的转换方法,将时间域映射到位置域,得到系统的位置域数学模型,做出了基于李雅普诺夫函数的稳定性分析,为后续的数学推导及控制器设计打下理论基础。将双轴轮廓控制看成主从控制,避开轮廓误差模型建立的不准确性,使双轴轮廓控制问题转变为单轴跟踪控制问题。该方法重建了被控对象的模型,通过时间域和位置域转换,来提高XY平台轮廓精度。其次,轮廓精度的提高也依赖于控制器的选择和设计。本文基于位置域的数学模型,针对X轴和Y轴的跟踪控制,利用自适应零相位误差跟踪控制(ZPETC)实现快速跟踪,利用伪微分前馈反馈控制(PDFF)兼顾快速性和鲁棒性。在单轴上采用自适应ZPETC+PDFF+PD的复合控制策略,具有控制效果好、跟踪性强的优点。将X轴作为主动轴,当作一个独立的自变量,而从动轴运动可以描述为根据轮廓跟踪要求的主运动的函数。基于主动轴运动,将时域一一映射到位置域,得到双轴运动系统的位置域动态模型。在位置域模型中,主运动将趋近于零的位置跟踪误差作为参考,这样只有从运动的跟踪误差将会影响最终的轮廓跟踪误差。在时间域和位置域的框架之上,分别在理想控制条件下对XY运动平台伺服系统进行复合控制仿真研究。然后,为了进一步提高轮廓精度,提出位置域下基于自适应进给率的控制方法。曲率大的地方轮廓误差较大,进给率的大小会对轮廓精度的性能产生影响,进而影响轮廓控制的质量。为了在曲率变化大时减少轮廓误差,根据轮廓误差适时调整进给速度,该控制方法用自适应的进给率进行实时插补,变进给率更有利于在稳态和瞬态的控制精度调整,自适应地调节进给率。自适应进给率能够在高进给率显著减少瞬时轮廓误差,同时在低进给率和稳态阶段维持相同的性能。在非稳定时期通过牺牲轴的瞬态跟踪误差来改善轮廓精度,利用预测轮廓误差来实时调整进给率。分别对基于自适应进给率和常值进给率的轮廓误差进行了仿真分析。最后,本文搭建了永磁直线电机直接驱动XY平台轮廓控制实验系统,分别针对基于时间域的控制策略、基于位置域的控制策略,基于自适应进给率调整的控制策略,在速度闭环的情况下进行对比实验研究,验证了本文所提出的位置域与自适应进给率控制策略的理论研究的有效性。
[Abstract]:In this paper , based on the mathematical model of the position domain , it is difficult to establish the contour error model by using the self - adaptive zero - phase error tracking control ( ZPETC ) . Based on the control strategy of the position domain , based on the control strategy of adaptive feed rate adjustment , a comparative experiment study is carried out under the condition of speed closed loop , and the validity of the proposed position domain and adaptive feed rate control strategy is verified .

【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659

【参考文献】