[發明專利]一種雙驅龍門桁架系統的高精度同步控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110048907.5
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112904741A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 邵曉巍;蘇躍增;陳力;張德新;鞠潭;陳海森;吳思溪
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

1.一種雙驅龍門桁架系統的高精度同步控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1：建立帶大質量滑動負載雙驅龍門桁架的動力學模型；

步驟2：設計H_∞交叉耦合同步控制結構；

步驟3：根據實際應用工況，設計交叉耦合控制器C_h；

步驟4：基于混合靈敏度問題，設計H_∞控制器，并根據雙驅龍門桁架系統，設計控制器和

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1包括：

步驟1-1：基于拉格朗日方程的建模

拉格朗日方程用來描述物體的運動，方程形式為：

其中，L為拉格朗日函數，定義為系統動能T和勢能V之差，即L＝T-V，ψ_i是系統的自由度；R_i為系統的廣義力或力矩，在雙驅龍門桁架系統中，ψ_i＝x,θ,y，R_i＝F_x,F_θ,F_y；

在雙驅龍門桁架系統中，系統的總動能T分別為橫梁的平動動能、大質量滑動負載的平動動能和橫梁及大質量滑動負載組合體的轉動動能，具體表達式為：

其中，分別為橫梁和大質量滑動負載的平動速度，I₁和I₂分別為橫梁和大質量滑動負載繞點A的轉動慣量，I₂＝m₂y²；

在雙驅龍門桁架系統中，系統的廣義力F_x,F_y及廣義力矩F_θ為：

其中，F_i、f_i分別為電機驅動力和摩擦力，i＝1，2，3分別表示沿方向x₁、x₂和y；

步驟1-2：建立系統動力學模型

將式(2)、(3)代入式(1)，建立雙驅龍門桁架系統的動力學模型：

其中，

步驟1-3：簡化動力學模型

取系統動力學模型式(4)中關于x和θ的兩項，假設：sinθ≈0、cosθ≈1和根據假設，式(4)中關于x和θ的兩項可以重寫為：

當大質量滑動負載的質量m₂與橫梁的質量m₁相近時，大質量滑動負載的位置y對橫梁兩端所受摩擦力f₁(y)和f₂(y)有較大影響，為準確描述橫梁兩端摩擦力的變化，建立包含大質量滑動負載位置y的摩擦力模型：

其中，μ為庫倫摩擦系數，γ為粘滯摩擦系數；

x、θ與x₁、x₂存在以下關系：

由式(9)、(10)和(11)建立雙驅龍門桁架簡化后的動力學模型為：

其中，

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2包括：

通過同步控制結構可得：

其中，r為預設控制指令，x₁和x₂分別為橫梁兩端的位移，e為橫梁兩端的位置差，r₀為由交叉耦合控制器C_h得到的補償量，r₁和r₂分別為橫梁兩端驅動力的參考量；橫梁兩端的驅動力F₁和F₂分別為：

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3包括：

交叉耦合控制器C_h采用比例-微分控制(PD)方式，具體形式為：

其中，k_p和k_d分別為比例項和微分項的系數。