基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制策略研究.pdf

1、多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要技術(shù)，在半導(dǎo)體、高速機(jī)械加工、光電產(chǎn)業(yè)、工業(yè)測(cè)控、醫(yī)療器械等眾多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。隨著微處理器技術(shù)的快速進(jìn)步和電力電子等技術(shù)的日趨完善，運(yùn)動(dòng)控制特別是多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制在現(xiàn)代制造技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的地位日益重要，高速高精的加工技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。本文在分析總結(jié)傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略的基礎(chǔ)上，對(duì)雙軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的非線性同步和協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行了研究，并結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制來(lái)進(jìn)一步改善控

2、制性能。 多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣取決于協(xié)調(diào)控制策略。在多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輪廓運(yùn)行軌跡是每個(gè)軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，采用反饋和前饋控制方法等傳統(tǒng)非耦合控制能顯著提高每個(gè)軸的控制精度，從而達(dá)到改善多軸輪廓誤差的目的。但是，由于在多軸運(yùn)動(dòng)控制中，各運(yùn)動(dòng)軸之間存在著響應(yīng)延時(shí)不一致、參數(shù)不匹配以及負(fù)載擾動(dòng)等問題，使得各軸之間的相互影響是動(dòng)態(tài)的，因而每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的跟蹤誤差不協(xié)調(diào)必然會(huì)反映到輪廓上形成輪廓誤差。交叉耦合控制策略能較好的解決

3、各軸間的動(dòng)態(tài)影響造成的輪廓誤差精度問題，但并不能解決多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的曲面加工或曲線軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)參數(shù)變化及擾動(dòng)產(chǎn)生的影響。而滑模變結(jié)構(gòu)控制由于滑動(dòng)模態(tài)可以進(jìn)行設(shè)計(jì)且與對(duì)象參數(shù)及擾動(dòng)無(wú)關(guān)，從而具有響應(yīng)速度快、對(duì)參數(shù)變化及擾動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，利用其對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化及外加干擾具有較強(qiáng)適應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)提高多軸系統(tǒng)間由于各軸動(dòng)態(tài)特性不匹配及負(fù)載擾動(dòng)情況下的輪廓控制精度。 針對(duì)上述問

4、題，本文首先簡(jiǎn)要介紹了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并利用磁場(chǎng)定向矢量控制方法對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化。在對(duì)交叉耦合控制策略進(jìn)行探討的基礎(chǔ)上，建立了直角坐標(biāo)系下的多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的誤差模型，據(jù)此針對(duì)雙軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了雙軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的交叉耦合控制策略，并在matlab環(huán)境下搭建仿真模型，對(duì)該控制策略進(jìn)行仿真以驗(yàn)證其有效性。針對(duì)伺服系統(tǒng)本身存在非線性、強(qiáng)耦合、易受干擾等問題，本文在多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中采用了滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，使滑模變結(jié)控制和交叉耦合控制