連續(xù)軌跡運動控制算法的研究與應用.pdf

1、運動控制技術(shù)是決定數(shù)控機床性能優(yōu)劣的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國內(nèi)的運動控制技術(shù)與歐美發(fā)達國家及日本等尚有較大的差距。而中國作為世界的加工制造中心，對于精密加工設備的需求越來越多。特別是由于加工精度要求的不斷提高,對數(shù)控機床的性能指標提出了更高的要求。因此對于運動控制技術(shù)的理論研究一直是各國科技研究的重點之一。
　　一般而言，數(shù)控機床的加工精度取決于三個因素：命令路徑的精確度、伺服控制器的設計及機械結(jié)構(gòu)。其中機械結(jié)構(gòu)的部分已經(jīng)日趨成熟，因此

2、為使數(shù)控機床的加工精度與速度獲得提升，控制系統(tǒng)的設計必須包含良好的運動控制器與正確的命令插值。
　　連續(xù)軌跡加工期望刀具沿著設定的路徑作精確運動。一般的，數(shù)控加工系統(tǒng)分別生成各軸的運動路徑進而合成所期望的刀具運動路徑。但是，由于各軸動態(tài)性能的不一致，造成了輪廓誤差。所謂輪廓誤差是指實際加工路徑與期望加工路徑的最短距離，而交叉耦合控制可以有效的改善輪廓加工的精度。
　　交叉耦合控制主要的目的不是在于改善各軸的追蹤誤差，而是在協(xié)

3、調(diào)各軸的追蹤誤差以消除兩軸以上的輪廓誤差。在理論上，交叉耦合控制是根據(jù)每一軸的追蹤誤差建立即時的輪廓誤差模型，并經(jīng)由補償器反饋適當?shù)男拚盘栆哉{(diào)整各軸的響應，進而改善其輪廓誤差。在控制上交叉耦合控制并不直接改善各軸的運動控制回路，而是在各軸的控制回路之間加上補償器，借由該補償器產(chǎn)生適當?shù)难a償訊號并反饋至各軸而使得各軸的動態(tài)響應與所希望運動軌跡相互匹配。但是，對于非線性的加工路徑，交叉耦合增益是時變的，因此包含此交叉耦合控制器的系統(tǒng)實際上

4、是一個多入多出(MIMO)線性時變(LTV)系統(tǒng)。這給交叉耦合控制器的設計和系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析帶來了一定困難。
　　文中首先推導了平面情況下輪廓誤差的表達式，進而給出了交叉耦合控制的結(jié)構(gòu)框圖。而后，文中推導了未采用交叉耦合控制器與采用交叉耦合控制器的系統(tǒng)的輪廓誤差的關(guān)系，即輪廓誤差傳遞函數(shù)，在此基礎上可將交叉耦合控制器的設計轉(zhuǎn)化為設計一線性參數(shù)時變系統(tǒng)的控制器。
　　首先，在輪廓誤差傳遞函數(shù)的基礎上，本文設計了PID-交叉耦合