[發明專利]用于數控加工中交叉耦合控制器增益參數尋優的控制方法

有效

• 申請號: 202011335260.6
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112363399B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 張鐵;吳彩成;鄒焱飚;廖才磊;康中強
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;中山市華南理工大學現代產業技術研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種用于數控加工中交叉耦合控制器增益參數尋優的控制方法。所述方法包括以下步驟：利用輪廓誤差傳遞函數對交叉耦合控制器進行穩定性分析，同時結合輪廓誤差傳遞函數的截止頻率確定交叉耦合控制器增益參數的范圍；基于深度強化學習算法建立適用于輪廓誤差補償的神經網絡結構；根據伺服運動控制過程中輪廓誤差的變化不斷調整交叉耦合控制器增益參數的范圍，并通過離線學習的方式尋求增益參數的最優值。本發明能有效解決數控加工中交叉耦合控制器增益參數尋優的問題。

技術領域

本發明涉及控制器的參數尋優控制領域，特別是涉及用于數控加工中交叉耦合控制器增益參數尋優的控制方法。

背景技術

在數控加工過程中，由于進給系統各坐標軸的運動特性存在較大差異，單純從單軸伺服控制的角度無法解決輪廓跟蹤精度問題，必須采用有針對性的輪廓控制技術，比如交叉耦合控制法。交叉耦合控制(Cross-Coupled Control,CCC) 的基本思想是在綜合各坐標軸的反饋信息以及插補信息的基礎上，建立一個實時的輪廓誤差估計模型，尋求并建立最優的輪廓誤差控制律，將輪廓誤差補償量分配至各坐標軸，達到減小和消除輪廓誤差的目的。因此，許多研究人員為了減小和消除輪廓誤差提出了多種基于交叉耦合結構設計控制器的方法。

通過對現有的技術文獻進行檢索發現，Yan等在學術期刊《Mechatronics》 (2005,15(2):193-211)上發表的論文“Theory and application of a combined self-tuningadaptive control and cross-coupling control in a retrofit milling machine”中，基于交叉耦合結構提出了一種自校正自適應控制策略。Chen等在學術期刊《Science ChinaTechnological Sciences》(2016,59(4):680-688)上發表的論文“Robust adaptivecross-coupling position control of biaxial motion system”中，提出了一種魯棒自適應交叉耦合控制策略。以上兩種方法雖然可以在很大程度上降低輪廓誤差，但目前大多數學者在交叉耦合控制器的設計過程中，并未考慮到最優增益參數尋優的問題，而是憑經驗取值并進行試驗驗證，從而難以保證可以獲得最佳的實驗效果。

綜上所述，在數控加工過程中為更好地達到減小和消除輪廓誤差的目的，研究并開發一種適用于交叉耦合控制器的增益參數尋優策略具有重要意義，已成為本領域技術人員急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種能顯著提高輪廓控制精度的用于數控加工中交叉耦合控制器增益參數尋優的控制方法。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

用于數控加工中交叉耦合控制器增益參數尋優的控制方法，包括以下步驟：

S1、利用輪廓誤差傳遞函數對交叉耦合控制器進行穩定性分析，同時結合輪廓誤差傳遞函數的截止頻率確定交叉耦合控制器增益參數的范圍；

S2、基于深度強化學習算法建立適用于輪廓誤差補償的神經網絡結構；

S3、根據伺服運動控制過程中輪廓誤差的變化不斷調整交叉耦合控制器增益參數的范圍，并通過離線學習的方式尋求增益參數的最優值。

進一步地，步驟S1具體包括以下步驟：

S1.1、數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是一個復變量，稱為Z變換算子；