[發明專利]一種多軸數控裝備的復合控制方法

有效

• 申請號: 202110376222.3
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113093549B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 張馳;王寶磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭;王鋒

本發明公開了一種多軸數控裝備的復合控制方法，其包括如下步驟：任務示教編程，特征點初始定位，路徑規劃，伺服反饋控制，特征點動態定位，逆解關節位置，有限時間狀態運算，有限時間輸出空置率運算以及自適應前饋補償。本發明提供的多軸數控裝備的復合控制方法在工程上容易實施、抗干擾能力強、魯棒性程度高、具有一定自適應能力，并且該復合控制方法計算簡單、控制周期短、控制頻率高、響應快、誤差小、精度高、滯后少、對多軸數控裝備一致性要求低，有效解決了基于雙目視覺定位的受時變不確定擾動影響的高性能數控裝備有限時間輸出前饋補償控制的設計和實施問題。

技術領域

本發明屬于多軸數控裝備控制技術領域，具體涉及一種多軸數控裝備的復合控制方法。

背景技術

高性能多軸數控裝備系統動力學前饋控制與通用機電系統動力學控制基本思想一致，即根據多軸數控裝備系統物理結構特點建立多軸數控裝備系統動力學模型，計算多軸數控裝備系統關節驅動力，然后將驅動力轉換為伺服電機的前饋控制電流。同時，機械臂路徑規劃模塊根據機械臂任務空間特征點和特征曲線生成伺服電機的參考位置點序列，參考位置點與當前時刻的反饋位置點比較后在伺服電機位置環控制器的作用下生成伺服電機參考速度，伺服電機參考速度與當前時刻的伺服電機反饋速度比較后在伺服電機速度環控制器的作用下生成伺服電機參考電流。前饋電流和參考電流疊加與當前時刻反饋電流比較后再伺服電機電流環調節器作用后經空間矢量正弦控制器控制伺服電機，驅動關節運動完成既定任務。

上述控制過程如圖1所示，反饋控制部分為伺服電機屬于通用控制技術，前饋控制部分核心在于建立數學模型完成多軸數控裝備系統動力學計算模塊，建模計算主要通過下式進行。

τ＝M(q)q″+C(q，q′)q′+G(q)+d

τ＝[τ₁ … τ_n]^T

C(q，q′)＝[c₁(q，q′) … c_n(q，q′)]^T

G(q)＝[G₁(q) … G_n(q)]^T

上式中，n表示多軸數控裝備系統關節數量；τ表示各關節驅動力矩的向量；q、q′、q″分別表示各關節當前位置、速度、加速度的向量；M(q)為慣性矩陣C(q，q′)為科氏力系數矩陣；G(q)為重力矩；d為干擾力矩，包括關節摩擦力矩、模型參數辨識誤差引入的干擾、高階未建模引入的干擾、多軸數控裝備系統外部不可預測干擾等。這些系數的計算可以通過拉格朗日法或牛頓歐拉法完成。

多軸數控裝備系統動力學前饋控制技術除上述背景技術的直接應用方法外，還包括以下三類改進方法：以東南大學孫玉陽和孟正大在其學位論文《重載機器人動力學建模及前饋控制方法研究與實現》中所述的前饋方法為代表的簡化應用法；以廣州弘度信息科技有限公司申請的發明專利“一種基于動力學的機械臂柔性控制方法”(CN201910651925.5)為代表的直接力矩反饋控制改進法；以華中科技大學葉伯生等人在其專利“一種基于動力學模型的機器人自適應阻抗控制系統”(CN201910352004.9)中所述的自適應阻抗法。

上述技術在多軸數控裝備系統應用時，存在的缺點包括：①控制計算復雜、周期長、頻率低，直接應用響應慢；②控制精度低；③前饋電流存在滯后性，對高速機械臂系統干擾較大，不適合于高速機械臂；④對多軸數控裝備系統本體一致性要求高，調試結果在同型號不同個體機器人之間的通用性受限；⑤前饋電流與伺服電機速度環產生的電流結合過于簡單，容易引起多軸數控裝備系統位置和速度的超調，需要較長的時間進行穩定，潛在風險大；⑥控制方法需要被控對象多軸數控裝備系統能夠直接反饋關節位置信號，通用性差。