基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的多軸協(xié)調(diào)運動控制策略研究.pdf

1、多軸協(xié)調(diào)運動控制是運動控制系統(tǒng)中的重要技術(shù)，在半導體、高速機械加工、光電產(chǎn)業(yè)、工業(yè)測控、醫(yī)療器械等眾多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應用。隨著微處理器技術(shù)的快速進步和電力電子等技術(shù)的日趨完善，運動控制特別是多軸協(xié)調(diào)運動控制在現(xiàn)代制造技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的地位日益重要，高速高精的加工技術(shù)已成為國內(nèi)外學術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的熱點。本文在分析總結(jié)傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略的基礎(chǔ)上，對雙軸運動控制系統(tǒng)的非線性同步和協(xié)調(diào)控制策略進行了研究，并結(jié)合滑模變結(jié)構(gòu)控制來進一步改善控

2、制性能。 多軸運動控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣取決于協(xié)調(diào)控制策略。在多軸運動控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輪廓運行軌跡是每個軸協(xié)調(diào)運動的結(jié)果，采用反饋和前饋控制方法等傳統(tǒng)非耦合控制能顯著提高每個軸的控制精度，從而達到改善多軸輪廓誤差的目的。但是，由于在多軸運動控制中，各運動軸之間存在著響應延時不一致、參數(shù)不匹配以及負載擾動等問題，使得各軸之間的相互影響是動態(tài)的，因而每個運動軸的跟蹤誤差不協(xié)調(diào)必然會反映到輪廓上形成輪廓誤差。交叉耦合控制策略能較好的解決

3、各軸間的動態(tài)影響造成的輪廓誤差精度問題，但并不能解決多軸運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)復雜的曲面加工或曲線軌跡運動時參數(shù)變化及擾動產(chǎn)生的影響。而滑模變結(jié)構(gòu)控制由于滑動模態(tài)可以進行設(shè)計且與對象參數(shù)及擾動無關(guān)，從而具有響應速度快、對參數(shù)變化及擾動適應性強等優(yōu)點。因此，本文將滑模變結(jié)構(gòu)控制應用于多軸協(xié)調(diào)運動控制系統(tǒng)，利用其對系統(tǒng)參數(shù)變化及外加干擾具有較強適應性的優(yōu)點，來提高多軸系統(tǒng)間由于各軸動態(tài)特性不匹配及負載擾動情況下的輪廓控制精度。 針對上述問

4、題，本文首先簡要介紹了感應電動機的數(shù)學模型，并利用磁場定向矢量控制方法對其進行了簡化。在對交叉耦合控制策略進行探討的基礎(chǔ)上，建立了直角坐標系下的多軸協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)的誤差模型，據(jù)此針對雙軸運動控制系統(tǒng)設(shè)計了雙軸運動控制系統(tǒng)的交叉耦合控制策略，并在matlab環(huán)境下搭建仿真模型，對該控制策略進行仿真以驗證其有效性。針對伺服系統(tǒng)本身存在非線性、強耦合、易受干擾等問題，本文在多軸運動控制系統(tǒng)中采用了滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，使滑模變結(jié)控制和交叉耦合控制