[發(fā)明專利]多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和輪廓加工精度控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210178758.5
• 申請(qǐng)日: 2012-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN102681489A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張禮兵;游有鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/19
• 分類號(hào): G05B19/19
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

1.一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和輪廓加工精度控制方法，其特征是它包括以下步驟：

（1）建立多軸伺服控制系統(tǒng)模型為：

P(k)=p(k)+p′(k)????(1)

j=1,…,n_i，s=1,…,m_i。

（2）建立誤差估計(jì)模型；所述的誤差估計(jì)模型包括跟蹤誤差估計(jì)模型、輪廓誤差估計(jì)模型、速度誤差估計(jì)模型和加速度誤差估計(jì)模型，分別對(duì)誤差估計(jì)模型進(jìn)行建模；

（3）采用多軸參數(shù)模型預(yù)測(cè)控制和非線性自適應(yīng)模糊PID控制復(fù)合模式控制方法，由多軸參數(shù)模型預(yù)測(cè)控制得到多軸的控制輸入信號(hào)u_x(k)、u_y(k)和u_z(k)，由非線性自適應(yīng)模糊PID控制得到的輸入信號(hào)u′_x(k)、u′_y(k)和u_z′(k)，多軸控制系統(tǒng)在輸入控制信號(hào)和誤差補(bǔ)償控制信號(hào)的共同作用下進(jìn)行復(fù)合控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和輪廓誤差控制，其中u_x(k)、u_y(k)和u_z(k)分別表示多軸的線性模型的控制輸入信號(hào)，u′_x(k)、u′_y(k)和u_z′(k)分別表示非線性模型的控制輸入信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和輪廓加工精度控制方法，其特征所述各誤差估計(jì)模型的建立方法為：

（a）輪廓誤差估計(jì)模型：以當(dāng)前控制采樣周期的實(shí)際輸出位置到當(dāng)前周期期望輸出位置和上一周期的期望輸出位置構(gòu)成的直線的最短距離作為當(dāng)前采樣周期的輪廓誤差的估算值，得到當(dāng)前采樣周期的輪廓誤差估計(jì)模型為：

ϵx=xp,i-xr,i′(Δwy2+Δwz2)ex-ΔwxΔwyey-ΔwxΔwzezΔwx2+Δwy2+Δwz2ϵy=yp,i-yr,i′=(Δwz2+Δwx2)ey-ΔwyΔwxex-ΔwyΔwzezΔwx2+Δwy2+Δwz2ϵz=zp,i-zr,i′=(Δwx2+Δwy2)ez-ΔwzΔwxex-ΔwzΔwyeyΔwx2+Δwy2+Δwz2---(9)]]>

式中ε_x、ε_y和ε_z分別表示x、y和z軸的輪廓誤差，Δw_x=x_r，i-x_r，i-1，Δw_y=y_r，i-y_r，i-1，Δw_z=z_r，i-z_r，i-1，e_x=x_p，i-x_r，i、e_y=y_p，i-y_r，i和e_z=z_p，i-z_r，i分別表示x、y和z軸的跟蹤誤差，R_i-1(x_r，i-1，y_r，i-1,z_r，i-1)和Ri(x_r，i,y_r，i，z_r,i)分別為數(shù)控伺服控制系統(tǒng)期望輸出位置指令，P_i-1(x_p，i-1，y_p，i-1,z_p，i-1)和P_i(x_p，i,y_p，i，z_p，i)分別為控制系統(tǒng)的實(shí)際輸出位置。

（b）速度誤差估計(jì)模型：根據(jù)當(dāng)前控制周期理論速度和系統(tǒng)每個(gè)伺服控制軸的實(shí)際速度得到速度誤差估計(jì)模型，多軸的速度誤差估計(jì)模型為：

δx=vp,x-vr,x=(xp,i-xr,i)-(xp,i-1-xr,i-1)Tδy=vp,y-vr,y=(yp,i-yr,i)-(yp,i-1-yr,i-1)Tδz=vp,z-vr,z=(zp,i-xr,i)-(zp,i-1-zr,i-1)T---(12)]]>

式中δ_x、δ_y和δ_z分別表示x、y和z軸的速度誤差，R_i-1(x_r，i-1，y_r，i-1，z_r，i-1)和R_i(x_r，i,y_r，i,z_r,i)分別為數(shù)控伺服控制系統(tǒng)期望輸出位置指令，P_i-1(x_p，i-1,y_p，i-1,z_p，i-1)和P_i(x_p，i,y_p，i，z_p，i)分別為控制系統(tǒng)的實(shí)際輸出位置，T為控制采樣周期。

（c）加速度誤差估計(jì)模型：根據(jù)當(dāng)前控制周期理論加速度和系統(tǒng)每個(gè)伺服控制軸的實(shí)際加速度得到加速度誤差估計(jì)模型，多軸的加速度誤差估計(jì)模型為：

γx=ap,x-ar,x=(xp,i-xr,i)-2(xp,i-1-xr,i-1)+(xp,i-2-xr,i-2)T2γy=ap,y-ar,y=(yp,i-yr,i)-2(yp,i-1-yr,i-1)+(yp,i-2-yr,i-2)T2γz=ar,z-ap,z=(zp,i-xr,i)-2(zp,i-1-zr,i-1)+(zp,i-2-zr,i-2)T2---(15)]]>

式中γ_x、γ_y和γ_z分別表示x、y和z軸的加速度誤差，R_i-1(x_r，i-1，y_r，i-1，z_r，i-1)、R_i(x_r，i,y_r，i,z_r，i)和R_i+1(x_r，i+1,y_r，i+1,z_r，i+1)分別為數(shù)控伺服控制系統(tǒng)期望輸出位置指令，P_i-1(x_p，i-1，y_p，i-1,z_p，i-1)、P_i(x_p，i,y_p，i，z_p，i)和P_i+1(x_p，i+1，y_p，i+1,z_p，i+1)分別為控制系統(tǒng)的實(shí)際輸出位置，T為控制采樣周期。