[發明專利]一種基于干擾補償的數控機床直線電機的多周期滑模重復控制方法

有效

• 申請號: 201910363602.6
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN109976264B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 嚴求真;鄔玲偉;蔡建平;張運濤;王軍;馬艷
• 申請（專利權）人: 浙江水利水電學院
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種基于干擾補償的數控機床直線電機的多周期滑模重復控制方法，用于解決數控機床XY平臺直線電機伺服系統對周期信號的精確控制問題。針對該類電機伺服系統運行中存在的多個周期長度可知的周期性擾動、多個周期長度未知的周期性擾動和非周期性擾動，本發明提出的控制方法采用多周期等效干擾的二次差分補償技術實現對非周期性擾動和周期長度未知的周期性擾動的有效抑制，并利用多周期學習方法完全補償多個周期長度已知的周期性擾動，從而實現數控機床直線電機的精確位置跟蹤。本發明構造了新型趨近律以避免顫振現象的發生，并允許參考軌跡由多個周期長度不同的周期信號疊加而成，所提出的控制方法拓寬了現有同類技術方法的適用范圍。

技術領域

本發明涉及重復控制技術和滑模控制技術領域，尤其是一種用于數控機床直線電機的多周期滑模重復控制方法。

背景技術

傳統的數控機床采用旋轉電機驅動，傳動環節較為復雜，這種旋轉電機伺服系統存在著傳動誤差較大、機械噪聲大和傳動效率低等不足；同時，旋轉電機伺服系統很難提供較大的進給速度和加速度。為了克服傳統進給系統存在的缺陷，采用永磁直線電動機直接驅動的數控機床相繼出現，這類機床不需安裝中間傳動環節，布局較為簡單，具有動態響應速度快，控制精度高，噪聲小和行程長等優點。

應該看到的是，永磁直線電機采用直接驅動方式消除了中間傳動環節所帶來的影響，但對于系統中存在的由電機端部效應和摩擦力所導致的周期性推力波動，也需采用相應控制方法予以抑制。現有的控制方法大體有如下三大類：一是采用自適應控制與PID控制相結合來抑制永磁同步直線電機的推力波動；二是采用魯棒H_∞控制對系統的不確定性進行抑制；三是采用滑模變結構控制設計控制器。這三類控制方法均沒利用推力波動的周期性，第一類方法需要整定合理的PID控制參數，第二類控制方法具有較大的保守性，采用第三類控制方法時，需要克服傳統滑模控制本身存在顫振問題。

在實際應用中，數控機床常需在有限行程中做連續性的周期運動，快速地完成高精度切削操作任務,系統中存在各種干擾，包括參數攝動、外部干擾以及未建模動態特性等。這就要求數控機床中的直線電機系統能夠對周期性擾動和非周期性擾動進行良好的抑制，以實現對周期性軌跡信號的精確跟蹤。利用重復控制技術所具有“記憶”和“學習”特性，能夠實現對周期信號的無靜差跟蹤控制或周期性擾動的有效抑制。但對于非周期性擾動，重復控制技術無法實現對其的抑制，甚至會放大非周期性擾動。到目前為止，采用離散系統重復控制技術與離散系統滑模控制技術的相結合的方式來控制直線電機，仍然存在著一些問題。

1.已有的多數直線電機重復控制方法乃基于頻域開展設計，基于時域開展的數控機床直線電機控制方法較少。

2.公開號為CN101976042A的發明專利只采用單周期學習方法補償擾動，在直線電機系統中存在著多個周期不同的擾動時，這種單周期學習方法在實施時的往往收斂速度較慢，且需要占用較多的存儲空間。例如，當系統中存在周期為6s和7s疊加的干擾信號時，則干擾信號的公共周期為42s(42為6和7的最小公倍數)，遠大于6s和7s；若采用單周期滑模重復控制器至少需要42/T_s個存儲單元(T_s為采樣周期)，而且重復控制器需要前一周期的歷史數據，存在一個周期的控制時滯；因此，系統切換函數至少在一個控制周期(42s)后才開始收斂，會出現周期干擾抑制非常緩慢和內存占用量較多等現象。

3.公布號為CN109358502A的發明專利申請給出了一種離散多周期直線電機重復控制方法，該方法存在以下缺點：其一，采用的趨近律設計方案為不連續切換形式，這導致該方法實際應用時，可能出現控制量不連續現象；其二，該方法只適用于系統中存在著系統含有若干周期長度可知的周期性擾動情形，這限制了其使用范圍，這是因為實際的數控機床直線電機系統在運行過程中，往往同時存在著周期長度可知的周期性擾動、周期長度不可知的周期性擾動和非周期性擾動；其三，該方法要求干擾中所含的周期信號的個數與參考信號中所含的周期個數相等，這也限制了該方法的使用范圍。

發明內容