[發(fā)明專利]基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110326351.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN113050428B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張震;曹越
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發(fā)明公開了一種基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法，包括：基于鏈?zhǔn)椒▌t構(gòu)造位置主元框架；基于所述框架，利用一種新型算法將往復(fù)的輪廓參考信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱握{(diào)參考信號(hào)；基于所述框架和算法，結(jié)合單軸時(shí)變內(nèi)模控制器，獲得基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤控制器；以及基于所述控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)于雙軸或多軸輪廓信號(hào)的高精度跟蹤控制。本發(fā)明創(chuàng)造性地構(gòu)建了輪廓參考信號(hào)的單調(diào)轉(zhuǎn)變算法，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)變內(nèi)模與位置主元控制的結(jié)合，進(jìn)一步提高了輪廓跟蹤控制精度，具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法。

背景技術(shù)

在機(jī)電控制領(lǐng)域中，輪廓跟蹤控制得到了學(xué)術(shù)界及工業(yè)界常年的關(guān)注、研究與發(fā)展，其在機(jī)床加工、激光直寫加工、3D打印等諸多高新產(chǎn)業(yè)中都具有廣泛的應(yīng)用前景。輪廓跟蹤的精度是輪廓跟蹤控制的重要指標(biāo)，輪廓加工的精度提升能夠推動(dòng)納米精密機(jī)械技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)、激光加工技術(shù)等的進(jìn)步，具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

目前廣泛采用的輪廓跟蹤控制算法為交叉耦合控制CCC算法。CCC通過單軸誤差測(cè)量合成計(jì)算輪廓誤差，再將輪廓誤差分解并反饋到各軸，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪廓精度的控制。傳統(tǒng)的CCC算法的控制對(duì)象局限于解析輪廓，如直線、圓等，后續(xù)發(fā)展出的GCCC算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意形狀輪廓的交叉耦合控制。但CCC算法的單軸控制器普遍采用PID控制器，跟蹤精度較低，且在單軸誤差較大的情況下，輪廓跟蹤效果不理想。

此外，基于任務(wù)坐標(biāo)系的GTCF算法能夠?qū)崿F(xiàn)較高精度的輪廓跟蹤控制，但其僅適用于解析的平面輪廓軌跡，并且單軸算法只能采用自適應(yīng)控制，跟蹤精度無法進(jìn)一步提升。基于位置主元的一般PDC算法能夠?qū)崿F(xiàn)雙軸或多軸的輪廓跟蹤，但其單軸算法局限于PID，單軸跟蹤精度不理想。

為此，本發(fā)明在采用位置主元PDC作為控制器框架的同時(shí)，利用了時(shí)變內(nèi)模單軸控制器完成了與框架的結(jié)合，并且內(nèi)模控制器能實(shí)現(xiàn)對(duì)于設(shè)定雙軸或多軸輪廓的漸近跟蹤，具有極高的跟蹤精度。這種基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法還適用于主動(dòng)軸誤差較大的情況，利用從動(dòng)軸的位置主元控制完全補(bǔ)償主動(dòng)軸產(chǎn)生的跟蹤誤差，并且可以應(yīng)用于雙軸或多軸輪廓的跟蹤。綜上，本發(fā)明具有重要的理論意義及應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種具有更高輪廓跟蹤精度的輪廓跟蹤算法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法，包括：

S1、基于鏈?zhǔn)椒▌t構(gòu)造位置主元框架；

S2、基于所述框架，利用一種新型算法將往復(fù)的輪廓參考信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱握{(diào)參考信號(hào)；

S3、基于所述框架和算法，結(jié)合單軸時(shí)變內(nèi)模控制器，獲得基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤控制器；

S4、基于所述控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)于雙軸或多軸輪廓信號(hào)的高精度跟蹤控制。

本發(fā)明以位置主元作為輪廓控制框架，同時(shí)利用單軸時(shí)變內(nèi)模控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)于參考輪廓的極高精度漸近跟蹤，相比傳統(tǒng)的輪廓跟蹤算法具有更好的跟蹤效果，并可適用于單軸跟蹤誤差較大的情形以及多軸輪廓的場景，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法的控制方法流程圖。

圖2為本發(fā)明基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法的轉(zhuǎn)角變量轉(zhuǎn)換算法流程圖。

圖3為本發(fā)明基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法的控制框架示意圖。

圖4為本發(fā)明基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法的控制器設(shè)計(jì)流程圖。

圖5為本發(fā)明基于時(shí)變內(nèi)模的位置主元輪廓跟蹤算法的輪廓跟蹤結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式