[發明專利]多伺服系統預演協同控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201710502614.3
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107203191B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 張士雄
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰;王金

本發明公開了一種多伺服系統預演協同控制系統，包括用于人機交互的上位機和用于控制被控對象的下位控制器，上位機內置有運動控制器；上位機通過通訊裝置與下位控制器相連接。本發明的控制方法，依次按以下步驟進行：第一步驟是獲得空間期望曲線；第二步驟是分段；第三步驟是產生模型輸出空間曲線；第四步驟是對各段空間期望曲線進行修正；第五步驟是得出修正后的空間期望曲線；第六步驟是被控對象響應；第七步驟是修正被控對象仿真模型；重復第一至第七步驟，實現對被控對象的預演協同控制。本發明減小了多維空間曲線跟蹤誤差，相對跟蹤精度得到顯著提高，并且隨著控制過程的不斷進行，相對跟蹤精度會因為反饋修正而得到不斷提高。

技術領域

本發明涉及數控領域，尤其涉及工業機器人的運動控制。

背景技術

在數控機床、工業機器人領域，空間運動控制由多個獨立運動軸的伺服系統協同完成。

要實現較高的多維空間曲線跟蹤精度，不僅要求各運動軸的伺服系統本身具有較高的一維曲線跟蹤精度，還要求各運動軸的伺服系統的動、靜態性能指標相互匹配。

各運動軸的伺服系統結構和普通伺服系統相同，由控制器和控制對象組成，對于實際伺服系統裝置，系統還包括運動傳感器等信號反饋元件。

控制器的作用是根據性能指標要求，在存在負載及擾動的情況下完成對該運動軸加速度（電流、轉矩）、速度（轉速）或位移（角度）的控制。

單運動軸伺服系統中的控制器并不考慮各運動軸之間的匹配問題，各運動軸伺服系統之間往往是獨立的。

然而對于數控系統、工業機器人等需要實現空間運動的復雜設備，多維空間運動曲線的高跟蹤精度并不能通過各運動軸的獨立伺服系統的高精度實現。

這是因為各運動軸伺服系統通過設備的機械或者任務對象之間存在耦合，且耦合關系隨著設備的運動狀態和姿態改變而改變。因此，采用可能處理運動軸之間耦合擾動的控制器是實現多維空間高運動跟蹤精度的關鍵。

目前，國內、外已有多種方案實現多個伺服系統的協同控制，多伺服系統成為現有技術。

由最初由美國密西根大學的Yoram Koren在1980年提出的雙軸交叉耦合控制方法（Cross-Coupled Control，CCC）及實現該方法的相應設備，發展到CCC與各種算法相結合得到的控制方法，如多軸耦合補償控制、自適應前饋控制、變增益控制、輪廓誤差補償器、任務坐標系、無源性等算法與傳統交叉耦合控制結合產生的各類新算法，將這些新算法應用于計算機（上位機和下位機）中，成為能夠實現協同控制的多伺服系統。

這類協同控制方法的共同特征是，其軟件中包含多運動軸多伺服系統模型，各運動軸伺服系統受到的負載或擾動信息可以直接或間接的反饋到其它運動軸的伺服系統。多運動軸多伺服系統模型的構建隨著這類協同控制方法的研究和應用成為本領域技術人員的常規能力。

交叉耦合控制器通過多軸共同調節克服負載及擾動對多維空間曲線跟蹤精度的影響，采用的是被動、同步調節方法來克服擾動提高空間曲線跟蹤相對精度的方法，即擾動出現后再進行協同控制，控制器的控制作用和控制對象的運行時同步的方法。

在工業控制中，上位機和下位機的架構得到了廣泛地應用。上位機和下位機均屬于計算機，人機交互軟件運行在上位機，下位機即控制器，下位機直接控制被控對象。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多伺服系統預演協同控制系統及相應的控制方法，能夠通過主動預先調節的方法來提高空間曲線跟蹤相對精度。

為實現上述目的，本發明的多伺服系統預演協同控制系統包括用于人機交互的上位機和用于控制被控對象的下位控制器，上位機內置有運動控制器；上位機通過通訊裝置與下位控制器相連接，下位控制器連接有作為被控對象的功率放大器、伺服電機、運動傳感器和變送器。