[發(fā)明專利]高精度三維輪廓控制方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611125850.X
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106774163B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設計）人: 樓云江;石然
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院;樓云江
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 唐致明

1.高精度三維輪廓控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在世界坐標系F_w下建立三軸運動平臺的系統(tǒng)動力學方程，所述三軸運動平臺的三個軸互為正交軸；

S2、在期望三維輪廓w_d的當前給定點建立任務坐標系F_f，并計算世界坐標系F_w到任務坐標系F_f的坐標變換關系；

S3、通過剛體變換將任務坐標系F_f進行二次坐標變換，得到新的任務坐標系F_p，并計算任務坐標系F_f到新的任務坐標系F_p的坐標變換關系，其中，所述新的任務坐標系F_p 的法向量方向即為輪廓誤差向量方向，并且所述新的任務坐標系F_p 的密切平面經(jīng)過輪廓誤差向量和期望三維輪廓w_d 的當前給定點；

S4、將世界坐標系F_w下的系統(tǒng)動力學方程轉換為新的任務坐標系F_p下的系統(tǒng)動力學方程；

S5、根據(jù)新的任務坐標系F_p下的系統(tǒng)動力學方程，設計基于反饋補償?shù)腜D控制器，實現(xiàn)對誤差動力學的解耦控制。

2.根據(jù)權利要求1所述的高精度三維輪廓控制方法，其特征在于，步驟S1中的所述世界坐標系用笛卡爾坐標系表示。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的高精度三維輪廓控制方法，其特征在于，步驟S1中的所述系統(tǒng)動力學方程用慣量J、阻尼B、驅動器增益K、系統(tǒng)實際反饋位置w和系統(tǒng)的輪廓控制器輸出電壓u表示，為：

其中，J,B,K∈R^3×3，是常數(shù)對角矩陣，w和u是三維向量。

4.根據(jù)權利要求3所述的高精度三維輪廓控制方法，其特征在于，對所述系統(tǒng)動力學方程進行拉普拉斯變換，得到從系統(tǒng)的輪廓控制器輸出電壓u到系統(tǒng)各軸輸出速度之間的傳遞函數(shù)，所述傳遞函數(shù)為一階慣性模型，并對系統(tǒng)各軸進行單獨辨識，從而得到所述一階慣性模型的參數(shù)。

5.根據(jù)權利要求1或2所述的高精度三維輪廓控制方法，其特征在于，在步驟S2中，根據(jù)所述期望三維輪廓w_d的曲率、撓率信息來建立當前給定點的任務坐標系F_f，所述任務坐標系F_f的三個正交基表示如下：

其中t，n和b分別代表任務坐標系F_f的單位切向量，單位法向量和單位副法向量，和分別代表世界坐標系下期望三維輪廓w_d的一階和二階導數(shù)。

6.根據(jù)權利要求1或2所述的高精度三維輪廓控制方法，其特征在于，所述步驟S4包括以下步驟：

S41、將世界坐標系F_w下的系統(tǒng)動力學方程轉換為任務坐標系F_f下的系統(tǒng)動力學方程；

S42、將任務坐標系F_f下的系統(tǒng)動力學方程轉換為新的任務坐標系F_p下的系統(tǒng)動力學方程。

7.根據(jù)權利要求1或2所述的高精度三維輪廓控制方法，其特征在于，所述步驟S5包括以下步驟：

S51、設計耦合非線性部分對所述系統(tǒng)進行補償；

S52、通過系統(tǒng)進給方向上的誤差和輪廓方向上的誤差，設計PD控制器來實現(xiàn)系統(tǒng)的漸進穩(wěn)定；

S53、得到新的任務坐標系F_p下系統(tǒng)的輪廓控制器輸出電壓u_p；

S54、將新的任務坐標系F_p下系統(tǒng)的輪廓控制器輸出電壓u_p轉換到世界坐標系F_w下，得到世界坐標系F_w下系統(tǒng)各軸所需的輪廓控制器輸出電壓u，從而實現(xiàn)基于反饋補償?shù)腜D控制器來對誤差動力學的解耦控制。

8.高精度三維輪廓控制裝置，其特征在于，包括計算機、實時控制器、伺服驅動器和三軸運動平臺，其中，

所述三軸運動平臺能沿三個正交軸方向進行運動；

所述實時控制器配置為使用輸出電壓來實時控制三軸運動平臺沿各個軸的運動；

所述伺服驅動器配置為將三軸運動平臺在進給方向上的誤差和輪廓方向上的誤差反饋給實時控制器，從而反饋調節(jié)三軸運動平臺沿各個軸的運動；

所述計算機配置為計算上述任一項權利要求中的計算式，以及發(fā)送和接收來自實時控制器的指令。