[發(fā)明專利]用于數(shù)控加工中交叉耦合控制器增益參數(shù)尋優(yōu)的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011335260.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112363399B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鐵;吳彩成;鄒焱飚;廖才磊;康中強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);中山市華南理工大學(xué)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

1.用于數(shù)控加工中交叉耦合控制器增益參數(shù)尋優(yōu)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、利用輪廓誤差傳遞函數(shù)對(duì)交叉耦合控制器進(jìn)行穩(wěn)定性分析，同時(shí)結(jié)合輪廓誤差傳遞函數(shù)的截止頻率確定交叉耦合控制器增益參數(shù)的范圍；具體包括以下步驟：

S1.1、數(shù)控加工中交叉耦合控制器采用PI控制，其在離散域中的表示形式為：

式中，C_c(z^-1)表示交叉耦合控制器，K_cp和K_ci分別為交叉耦合控制器的比例增益和積分增益，z是一個(gè)復(fù)變量，稱為Z變換算子；

利用輪廓誤差傳遞函數(shù)(CETF)對(duì)交叉耦合控制器進(jìn)行穩(wěn)定性分析，其方程為：

上式中，K_pref表示各軸的位置比例增益，T_s表示采樣周期；

則CETF的特征方程為：

S1.2、采用極點(diǎn)配置法對(duì)特征方程D(z)所對(duì)應(yīng)的二階系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即滿足：

上式中，ω_n表示無(wú)阻尼固有頻率，ε表示阻尼比；

選擇輪廓誤差傳遞函數(shù)(CETF)的截止頻率與位置環(huán)的帶寬相匹配，即滿足其中ω_c表示CETF的截止頻率，ω_vel表示速度環(huán)的帶寬；為了使階躍響應(yīng)無(wú)振蕩，令ε＝1，則截止頻率ω_c≈0.6ω_n；此時(shí)，可將增益參數(shù)K_cp和K_ci的約束條件表示為：

根據(jù)輪廓誤差傳遞函數(shù)的特征方程并利用Routh穩(wěn)定性判據(jù)，可將增益參數(shù)K_cp和K_ci的約束條件進(jìn)一步表示為：

此時(shí)，交叉耦合控制器的增益參數(shù)K_cp和K_ci的約束范圍便可完全確定；

S2、基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法建立適用于輪廓誤差補(bǔ)償?shù)纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

S3、根據(jù)伺服運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中輪廓誤差的變化不斷調(diào)整交叉耦合控制器增益參數(shù)的范圍，并通過(guò)離線學(xué)習(xí)的方式尋求增益參數(shù)的最優(yōu)值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)控加工中交叉耦合控制器增益參數(shù)尋優(yōu)的控制方法，其特征在于，步驟S2具體包括以下步驟：

S2.1、將增益參數(shù)K_cp的區(qū)間范圍記為ΛK_cp，K_ci的區(qū)間范圍記為ΛK_ci；在區(qū)間ΛK_cp內(nèi)選取m個(gè)隨機(jī)數(shù)，從小到大排序，將區(qū)間ΛK_cp劃分為m+1個(gè)子區(qū)間即狀態(tài)s，映射狀態(tài)集S；在區(qū)間ΛK_ci內(nèi)選取n個(gè)隨機(jī)數(shù)，從小到大排序，將區(qū)間ΛK_ci劃分為n+1個(gè)子區(qū)間即動(dòng)作a，映射動(dòng)作集A；

S2.2、建立兩個(gè)具有相同超參數(shù)的DQN網(wǎng)絡(luò)，其中評(píng)估網(wǎng)絡(luò)使用Q(s,a；θ)作為Q函數(shù)來(lái)逼近動(dòng)作值函數(shù)，而目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)使用來(lái)逼近動(dòng)作值函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于數(shù)控加工中交叉耦合控制器增益參數(shù)尋優(yōu)的控制方法，其特征在于，步驟S2.1中，狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率P采用貪婪策略進(jìn)行確定，即滿足：

其含義是在狀態(tài)s選擇動(dòng)作a的條件下選取使得動(dòng)作值函數(shù)最大的狀態(tài)s′的概率為1，而選取其他狀態(tài)的概率為0；即在增益參數(shù)K_ci子區(qū)間不變的條件下，選取使得回報(bào)函數(shù)最大化的增益參數(shù)K_cp的子區(qū)間所映射的狀態(tài)s′作為下一時(shí)刻狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于數(shù)控加工中交叉耦合控制器增益參數(shù)尋優(yōu)的控制方法，其特征在于，步驟S2.1中，回報(bào)函數(shù)R用于衡量增益參數(shù)K_cp和K_ci對(duì)輪廓誤差的補(bǔ)償效果，定義為狀態(tài)s和動(dòng)作a所映射的區(qū)間內(nèi)均方根輪廓誤差平均值的倒數(shù)，即：

上式中，r表示平均累積回報(bào)，E_cx:rms定義為自由曲線的均方根輪廓誤差，x為選取狀態(tài)s和動(dòng)作a次數(shù)的索引。