專利名稱：基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床正在向精密、高速、復(fù)合、智能、環(huán)保的方向發(fā)展。精密和高速加工對傳動及其控制提出了更高的要求，更高的動態(tài)特性和控制精度，更高的進(jìn)給速度和加速度，更低的振動噪聲和更小的磨損。直接驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)利用直線電機(jī)能夠直接產(chǎn)生直線推力的特 點(diǎn)，系統(tǒng)組成中不再需要絲杠螺母機(jī)構(gòu)等中間傳動環(huán)節(jié)。直線電機(jī)及其驅(qū)動控制技術(shù)在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動上的應(yīng)用，使機(jī)床的傳動結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了重大變化，并使機(jī)床性能有了新的飛躍。數(shù)控機(jī)床的直線伺服系統(tǒng)采用直接驅(qū)動方式，消除了機(jī)械運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)所帶來的一系列不良影響，因此，在高精度、快響應(yīng)的微進(jìn)給伺服系統(tǒng)中具有非常明顯的優(yōu)勢。但這也增加了控制上的難度。機(jī)床控制系統(tǒng)一般以設(shè)計單軸進(jìn)給驅(qū)動軸減少跟蹤誤差。然而，關(guān)于加工，對于單軸進(jìn)給驅(qū)動軸正交誤差分量給設(shè)計的輪廓曲線比跟蹤誤差更重要。到目前為止已經(jīng)提出各種為減少輪廓誤差的控制方法。因為在大多數(shù)方法中每個進(jìn)給驅(qū)動軸輪廓和跟蹤誤差都用來計算控制輸入，這可能會有輪廓跟蹤性能的下降。同時，考慮到在每個進(jìn)給驅(qū)動軸輪廓和跟蹤誤差都給控制器參數(shù)調(diào)整帶來困難?；谧鴺?biāo)轉(zhuǎn)換的雙軸進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的輪廓控制方法把每個驅(qū)動軸的跟蹤誤差都被轉(zhuǎn)換為正交誤差分量和對于理想輪廓曲線的切線誤差分量。由于這個方法獲得了關(guān)于正交和切線方向的兩個分離的單輸入單輸出系統(tǒng)，每個方向的控制器能被獨(dú)立設(shè)計。然而，這個簡化控制器參數(shù)調(diào)整，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性只在雙進(jìn)給軸和理想斜坡軌跡的速度動態(tài)匹配時才能保證。一種控制器，對于理想輪廓軌跡分解輪廓誤差為正向和切向誤差分量，并且對于機(jī)器刀具操作獲得一種非過切的過程，據(jù)此一個工作坐標(biāo)系被定義在進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的指定位置，控制系統(tǒng)動力按照這個坐標(biāo)系改寫。對應(yīng)理想輪廓曲線的正交和切線方向的工作坐標(biāo)系軸和正交誤差分量被認(rèn)作實際輪廓曲線的近似。雖然這個方法對任何輪廓曲線提供了控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，但在實際輪廓誤差和正交誤差分量之間的差異可能導(dǎo)致一個重大的輪廓誤差。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有控制技術(shù)中存在的實際問題，本發(fā)明提供了一種基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法，基于完整的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和參數(shù)調(diào)整的輪廓控制系統(tǒng)設(shè)計，對于設(shè)備建模誤差和干擾提供魯棒控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了補(bǔ)償實際輪廓誤差和正交誤差分量之間的差異引起的輪廓誤差，一個輪廓索引方法中正交誤差分量被一個新定義的誤差信號代替，提出了一個基于后推滑?？刂频聂敯糨喞椒?。然而，在設(shè)計魯棒控制器中要求了新定義誤差信號的二階導(dǎo)數(shù)和干擾導(dǎo)數(shù)的上限，包括摩擦力。本發(fā)明方法包括基于坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和參考調(diào)整方法以及魯棒控制器設(shè)計，控制增益的調(diào)節(jié)對理想曲線的正交誤差分量比切線誤差分量減少更多，參考調(diào)整方法使新坐標(biāo)系的誤差收斂速度被獨(dú)立地調(diào)整，參考信號調(diào)整如圖2所示。魯棒控制器考慮干擾和設(shè)備建模誤差，只有設(shè)備參數(shù)的標(biāo)稱值和干擾幅度的上限值被要求。本發(fā)明方法采用的控制系統(tǒng)包括電壓調(diào)整電路、整流濾波單元、IPM逆變單元、DSP、霍爾傳感器、光柵尺、電流采樣電路、位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動保護(hù)電路。交流電壓輸出至整流濾波單元輸入端，整流濾波單元輸出端接入IPM逆變單元，IPM與電機(jī)相連，電機(jī)機(jī)身裝有光柵尺，光柵尺連接位置采樣電路輸入端，霍爾傳感器采集電機(jī)電流信號，輸出至電流采樣電路，電流采樣電路輸出端和位置采樣電路輸出端均接入 DSP, DSP輸出信號至電壓調(diào)整電路輸入端和IPM隔離驅(qū)動保護(hù)電路，電壓調(diào)整電路對交流電壓進(jìn)行調(diào)整，IPM隔離驅(qū)動保護(hù)電路接入IPM逆變單元。速度和位置信號時通過分辨率為400線的增量式光電編碼器來檢測的，它產(chǎn)生脈沖信號A和B，送至DSP的事件捕獲口，利用捕獲口單元的計數(shù)功能得到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，位置由Z信號獲得。本發(fā)明的基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法，具體步驟如下步驟I :確定電機(jī)動子的初始相位；通過動子位置采樣電路和電流采樣電路分別采集電機(jī)動子位置、速度和電流信
肩、O步驟2 :對輪廓誤差進(jìn)行坐標(biāo)變換，并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，得到位置誤差，即進(jìn)行位置偏差計算，判斷是否進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，是則進(jìn)行步驟3，否則進(jìn)行電流調(diào)節(jié)；步驟2. I :對輪廓誤差進(jìn)行坐標(biāo)變換假設(shè)(al)理想軌跡&和它的導(dǎo)數(shù)嶺和華可得；(a2)局部坐標(biāo)系E I的傾角0和它的導(dǎo)數(shù)4和必可得；(a3)進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)位置X和它的導(dǎo)數(shù)是可測量的；(a4)對于2設(shè)備參數(shù)值，都是可得的；根據(jù)上述假設(shè)確定如下控制，包括驅(qū)動軸電機(jī)的輸入電壓V、矩陣H、E和Ie
權(quán)利要求
1.一種基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法，其特征在于具體步驟如下 步驟I :確定電機(jī)動子的初始相位； 通過動子位置采樣電路和電流采樣電路分別采集電機(jī)動子位置、速度和電流信息；步驟2 :對輪廓誤差進(jìn)行坐標(biāo)變換，并進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，得到位置誤差，即進(jìn)行位置偏差計算，判斷是否進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，是則進(jìn)行步驟3，否則進(jìn)行電流調(diào)節(jié)； 步驟2. I :對輪廓誤差進(jìn)行坐標(biāo)變換 假設(shè) (al)理想軌跡ri和它的導(dǎo)數(shù)嶺和辱可得； (a2)局部坐標(biāo)系Σ I的傾角Θ和它的導(dǎo)數(shù)#和必可得； (a3)進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)位置X和它的導(dǎo)數(shù)是可測量的； (a4)對于2設(shè)備參數(shù)值，都是可得的； 根據(jù)上述假設(shè)確定如下控制，包括驅(qū)動軸電機(jī)的輸入電壓V、矩陣H、E和Ie
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法，其特征在于該方法由嵌入DSP中的控制程序?qū)崿F(xiàn)，按以下步驟執(zhí)行 步驟I系統(tǒng)初始化； 步驟2允許ΤΝ1、ΤΝ2中斷； 步驟3啟動Tl下溢中斷； 步驟4程序數(shù)據(jù)初始化； 步驟5開總中斷； 步驟6中斷等待； 步驟7ΤΝ1中斷處理子控制程序； 步驟8結(jié)束； 所述步驟6中位置調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序按以下步驟 步驟6-1位置調(diào)節(jié)中斷子控制程序； 步驟6-2讀取編碼器值； 步驟6-3判斷角度； 步驟6-4計算已走距離； 步驟6-5執(zhí)行位置控制器； 步驟6-6執(zhí)行魯棒控制器補(bǔ)償外部擾動； 步驟6-7計算電流命令并輸出； 步驟6-8中斷返回。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法，其特征在于所述步驟7中Tl中斷處理子控制程序按以下步驟 步驟7-1Τ1中斷子控制程序； 步驟7-2保護(hù)現(xiàn)場； 步驟7-3判斷是否已初始定位；是進(jìn)入步驟4，否則進(jìn)入步驟10 ； 步驟7-4電流采樣，CLARK變換，PARK變換； 步驟7-5判斷是否需要位置調(diào)節(jié)；否則進(jìn)入步驟9 ； 步驟7-6位置調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序； 步驟7-7位置控制偏差計算 步驟7-8控制量輸出調(diào)節(jié) 步驟7_9dq軸電流調(diào)節(jié)； 步驟7-1OPARK逆變換； 步驟7-11計算CMPPx及PWM輸出；步驟7-12位置采樣； 步驟7-13初始定位程序； 步驟7-14恢復(fù)現(xiàn)場； 步驟15中斷返回。
4.如權(quán)利要求I所述的基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法所采用的控制系統(tǒng)，其特征在于包括電壓調(diào)整電路、整流濾波單元、IPM逆變單元、DSP、霍爾傳感器、光柵尺、電流采樣電路、位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動保護(hù)電路； 交流電壓輸出至整流濾波單元輸入端，整流濾波單元輸出端接入IPM逆變單元，IPM與電機(jī)相連，電機(jī)機(jī)身裝有光柵尺，光柵尺連接位置米樣電路輸入端，霍爾傳感器米集電機(jī)電流信號，輸出至電流采樣電路，電流采樣電路輸出端和位置采樣電路輸出端均接入DSP，DSP輸出信號至電壓調(diào)整電路輸入端和IPM隔離驅(qū)動保護(hù)電路，電壓調(diào)整電路對交流電壓進(jìn)行調(diào)整，IPM隔離驅(qū)動保護(hù)電路接入IPM逆變單元。
全文摘要
一種基于坐標(biāo)變換和參數(shù)調(diào)整直接驅(qū)動數(shù)控平臺魯棒控制方法，首先確定電機(jī)動子的初始相位；然后把輪廓誤差進(jìn)行坐標(biāo)變換，并參考調(diào)整，得到位置誤差，即進(jìn)行位置偏差計算，判斷是否進(jìn)行位置調(diào)節(jié)；最后執(zhí)行魯棒控制算法，輸出控制量，驅(qū)動數(shù)控平臺。本發(fā)明方法采用的控制系統(tǒng)包括電壓調(diào)整電路、整流濾波單元、IPM逆變單元、DSP、霍爾傳感器、光柵尺、電流采樣電路、位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動保護(hù)電路。本發(fā)明針對直接驅(qū)動數(shù)控平臺，提出了一個魯棒輪廓控制器?；谝粋€完整的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和參數(shù)調(diào)節(jié)函數(shù)，能被應(yīng)用到任何光滑的輪廓曲線，對于設(shè)備建模誤差和干擾提供魯棒控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。
文檔編號G05B19/18GK102637011SQ20111039096
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者劉春芳, 孫宜標(biāo), 王麗梅, 趙希梅, 鄭浩 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)