[發明專利]一種直線電機驅動FTS基于ESO滑模改進重復控制方法

有效

• 申請號: 201710102512.2
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN107132759B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 孫宜標;張戟;劉春芳
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

一種直線電機驅動FTS基于ESO滑模改進重復控制方法，包括基于改進插入式重復控制和一種基于擴張狀態觀測器的滑?？刂?，其特征在于插入式結構可以使重復控制器設計與其他控制器具有獨立性，同時重復控制利用內模原理將系統外部信號的數學模型嵌入到內部控制環節中可以實現對外部周期性信號和干擾進行高精度跟蹤及抑制，并且為了減小因低通濾波器引起的相位延遲加入一個超前模塊。針對快速刀具伺服系統在高頻輸入給定時，由于慣性等因素造成的相位滯后問題，采用改進重復控制和ESO滑?？刂平Y合的方式，能夠得到很好解決?；趦饶Ｔ淼闹貜涂刂颇苡行岣呦到y的跟蹤精度，插入式結構可以使系統獲得較寬的控制帶寬，及較強的魯棒性。

·技術領域

本發明屬于數控技術加工領域，特別涉及一種直線電機驅動FTS(Fast ToolServo，FTS快速刀具伺服系統)基于ESO(Extended State Observer,ESO,擴張狀態觀測器)滑模改進重復控制方法的設計與實現。

背景技術

近年來，非圓截面零件和非軸對稱(即非旋轉對稱)光學元件分別在機械工業和光電產業中得到了廣泛應用。這些零件表面輪廓非對稱、形狀復雜，精度要求高，傳統加工方法如靠模仿形加工、研磨拋光、電化學腐蝕、光刻等的加工效率較低,加工精度一致性差，達不到所需的要求，因此實現高速超精密加工具有非常重要的現實意義。而實現高速超精密加工的關鍵是開發出具有高速超精密能力的數控機床，由直線電機直接驅動的快速刀具伺服系統具有高響應、高精度的優勢，可重復加工具有復雜形狀的各種異形元件,一次加工即可獲得很高的零件尺寸形狀精度和很低的表面粗糙度且可以增加工件的切除效率，因此逐漸被人們所關注。

快速刀具伺服系統(Fast Tool Servo，FTS)，它驅動刀具完成與工件回轉運動相協調的，沿工件軸向的高速高精度往復運動。快速刀具伺服有兩個關鍵技術；一是高響應直線執行機構的優化設計，二是高速高精度的運動控制算法。從控制的角度看，快速刀具伺服是一個閉環位置隨動系統，它一方面要驅動刀具沿指定軌跡做精密跟蹤運動，同時應能抑制時變切削力對刀具運動的負作用，并克服執行機構中的非線性摩擦和磨損的影響。因此，提高快速刀具伺服控制器性能對于提高微結構表面加工精度和表面質量至關重要。

一些研究者采取了各自控制算法，零相位誤差跟蹤控制，其算法取得很好的跟蹤控制性能，有效控制相位滯后，但依賴系統模型，對參數變化敏感。自抗擾控制器算法簡單、易于實現、精度高、速度快、抗擾能力強，但參數調整較難。重復控制能很好提高控制的跟蹤精度，但其魯棒性較低，而滑模控制具有強魯棒性，實現簡單的優點，然而由于其控制作用的不連續性會導致抖振現象。

發明內容

發明目的

針對現有控制技術的不足，本發明提出一種直線電機驅動FTS基于ESO滑模改進重復控制方法。其目的是解決以往所存在的問題，其將ESO滑?？刂坪椭貜涂刂平Y合起來，重復控制可以實現對周期性信號的高精度跟蹤以及對周期性擾動的良好抑制；而滑?？刂频聂敯粜钥梢砸种魄邢鬟^程中切削力的擾動作用,并且擴張狀態觀測器還能將獲得的對象模型中內擾和外擾的實時控制量加入控制率中，提高控制精度。最終實現本發明的目的：高頻響輸入時，在保證系統強魯棒性和高頻響應速度的同時提高了系統的跟蹤精度。

技術方案

一種直線電機驅動FTS基于ESO滑模改進重復控制方法，包括基于改進插入式重復控制和一種基于擴張狀態觀測器的滑?？刂?，其特征在于插入式結構可以使重復控制器設計與其他控制器具有獨立性，同時重復控制利用內模原理將系統外部信號的數學模型嵌入到內部控制環節中可以實現對外部周期性信號和干擾進行高精度跟蹤及抑制，并且為了減小因低通濾波器引起的相位延遲加入一個超前模塊。而ESO滑?？刂埔詳U張狀態觀測器觀測的系統狀態構建滑模面并且將觀測到的模型內外擾動的實時控制量加入到控制率中，增強了滑?？刂频木_性，同時，為了削弱滑?？刂乒逃械亩墩癖疚牟捎靡环N逼近函數替代符號函數。

本發明技術的實現——基于ESO滑模重復控制的快速刀具伺服裝置包括；