基于迭代学习交叉耦合的轮廓误差控制方法研究

针对进给伺服系统传统控制方法产生的各轴特性不匹配、控制精度不佳、抗扰动能力不足等问题,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)和迭代学习交叉耦合控制(ILCCC)的轮廓跟踪控制算法。对于空间任意轮廓曲线,所提算法在三轴联动条件下,通过不断的迭代学习过程,优化分配给各轴的轮廓误差补偿量,加快伺服轴动态响应的同时,有效抑制伺服系统的轮廓误差。在仿真平台下建立控制器数学模型,对空间直线和空间螺旋线轨迹进行了三维跟踪验证。研究结果表明：与ADRC控制算法和ADRC+PIDCCC控制算法相比,ADRC+ILCCC控制算法在轮廓误差的最大绝对值、累计值以及平均值等指标上均有很大改善,证明了所提算法的优越性。     

数控伺服系统跟踪及轮廓误差分析

分析了数控加工中伺服系统跟踪误差和轮廓误差的计算方法，详细讨论了双轴数控加工中轴跟踪误差和轮廓误差之间的关系。指出了多轴加工中轮廓误差建模和误差控制方法的理论意义和应用价值。     

基于模糊滑模的两轴伺服系统轮廓误差交叉耦合控制算法

针对两轴伺服系统轮廓误差控制问题,提出一种基于模糊滑模的交叉耦合轮廓误差控制方法。设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,用于消除干扰作用。将模糊控制器用于自适应调节滑模控制器切换增益,减小滑模控制的抖振现象。采用交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,解决轴间参数不匹配的问题,保证轮廓控制精度。仿真结果表明:该方法能有效提高跟踪精度和轮廓精度。     

一种进给伺服系统非线性PID交叉耦合控制

提高多轴伺服系统的轮廓跟随性能是现代计算机数控加工的重要应用之一。针对传统交叉耦合控制方法对自由曲线轨迹的轮廓跟踪精度较差以及传统PID控制系统抗扰性和鲁棒性较差的问题,提出一种基于自抗扰控制的交叉耦合轮廓误差补偿综合控制策略,该策略由用于位置环反馈控制和轮廓误差补偿的新型非线性PID (NLPID )、位置伺服控制器 TNP-ADRC 和基于NLPID的变增益交叉耦合控制器组成。在MATLAB/Simulink环境下对方波信号跟踪和标准圆轮廓加工过程中轮廓误差的变化情况进行仿真,仿真结果表明：与传统PID交叉耦合控制相比,该方法不仅能够有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰能力,并且能够显著提高多轴运动控制系统的轮廓加工精度。     

基于模糊神经网络滑模控制的xy平台轮廓控制

永磁同步直线电机(PMLSM)直接驱动xy平台数控系统曲线轨迹跟踪时,其轮廓精度会受负载扰动以及曲线轨迹轮廓误差模型复杂等问题的影响。针对此问题,采用具有自学习能力的模糊神经网络滑模控制(FNNSMC)进行单轴位置控制器的设计,在不失滑模控制鲁棒性的情况下,有效地削弱该控制所产生的抖振;两轴之间运用实时轮廓误差计算法建立曲线轨迹的轮廓误差模型并采用交叉耦合控制(CCC)进行轮廓控制器的设计,实现跟踪误差与轮廓误差的同时减小。仿真结果表明:该控制方案基本消除了抖振,保证xy平台具有较强的鲁棒性和较高的轮廓精度。     

前馈控制对数控机床轮廓误差的影响

前馈控制可以提高交流伺服系统的跟踪性能,同时也是降低数控机床轮廓误差的一种有效手段.文章在速度前馈的基础上,研究了在电流闭环的给定信号上增加电流前馈作用的新型前馈控制结构,仿真结果显示该新型前馈控制结构很大幅度地提高了交流伺服系统在加减速段的位置跟踪性 能.将该控制结构应用到伺服割字机中,加工结果显示新控制结构下的轮廓误差有所减小,加工实物曲线更为平滑.     

基于交叉耦合结构的轮廓控制器设计

针对工业控制中常出现的双轴伺服系统轮廓控制问题,在分析典型曲线轨迹轮廓误差的基础上,设计了一种具有位置闭环反馈和轴间协调控制器的交叉耦合控制(CCC)结构。通过CCC结构进行轮廓误差估计,利用轮廓误差分配系数把估计值补偿到各伺服轴上以实现精确轮廓控制,并给出了基于轮廓误差传递函数的稳定性分析。在X-Y双轴平台上进行实验,结果表明:与传统非耦合情况相比,交叉耦合控制结构下的轮廓误差在平均值,最大值和均方根值减小了63.01%,56.28%和62.07%。     

永磁直线电机驱动XY平台精密轮廓跟踪控制

为了减少高速进给率条件下轮廓跟踪过程中产生的轮廓误差,提出了一种将PDFF位置控制器与模糊交叉耦合控制器相结合的控制策略。首先,通过调节前馈增益,PDFF位置控制器可以综合利用PDF控制和PI控制的优点;其次,基于自由曲线轮廓误差模型来计算轮廓误差,并且提出一种以两轴的位置跟踪误差以及轮廓误差为输入的模糊交叉耦合器来减少轮廓跟踪过程中产生的轮廓误差;最后,空载与负载实验结果表明,与传统的交叉耦合结构相比,该方法在高速进给率条件下可以有效降低XY平台的轮廓误差,并且可以提高轮廓跟踪系统的鲁棒性。     

XY平台直线伺服系统的IP变增益交叉耦合控制

XY平台直线伺服系统中,负载扰动、机械时间延迟及各轴响应速度不同会影响轮廓加工精度,为此提出了一种将积分-比例(I-P)控制、速度前馈控制及变增益交叉耦合控制相结合的控制策略。单轴采用由IP控制和前馈控制构成的复合速度控制器,IP控制具有快速响应和抑制扰动的能力,速度前馈控制可增加系统跟踪能力,降低机械时间延迟效应。间接减小轮廓误差。并且,在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,直接减小轮廓误差。仿真结果表明该控制方案可增强系统的鲁棒性,提高系统的快速性和轮廓加工精度。     

基于ZPETC和CCC的直驱XY平台高精度控制

针对直接驱动XY平台轮廓加工中存在的电气--机械延迟、系统参数不确定性及两轴驱动系统参数不匹配等因素的影响,提出了将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)与交叉耦合控制器(CCC)相结合的控制策略对两轴的运动进行协调控制,实现跟踪误差与轮廊误差同时减小.ZPETC作为前馈跟踪控制器,克服了伺服滞后,使系统实现准确跟踪,减小了跟踪误差;CCC作用于两轴之间,用以增加两轴间的匹配程度,以减小轮廓误差.仿真和实验结果表明所提出的控制方案具有较好的跟踪性和鲁棒性,进而大大提高了跟踪精度和轮廓精度.     

超精密数控机床的规则可调自适应模糊控制系统的研究

介绍了一种能够根据位置误差和误差变化率自动调整模糊规则和比例因子的规则可调自适应模糊控制器。仿真实验表明了该模糊控制系统不但能很好地适应伺服系统的非线性特点，而且具有很高的动态跟踪精度、静态定化精度和鲁棒性．其性能优于PID控制器和常规的模糊控制器，能更好地满足超精密机床数控系统极高的轮廓跟踪精度、定化精度和抗干扰性能的要求。     

Tracking and contour error control in CNC servo systems

The dynamic response of a machine tool is a complex interaction of several factors that includes the basic design of the machine as well as the capability and performance of the corresponding axis servo system. In terms of the performance of the servo system, tracking and contour errors are two important aspects that significantly affect the machine tool. Extensive research has been conducted over the last several decades into the study of these error components. A number of different approaches have been proposed by various researchers that attempt to effectively address this problem. This paper attempts to study the work that has been carried out in minimising tracking and contour errors in CNC machine tools.     

数控进给伺服系统的预见前馈补偿控制研究

论文针对数控进给伺服系统跟踪轨迹事先已知的特点，在常规反馈控制结构基础上引入预见前馈补偿控制；通过增加扩展误差系统状态变量方法，将P—PI串级进给伺服系统控制变换为状态反馈，运用偏微分最优化法求解预见前馈补偿控制系数。从而在不改变原有系统稳定性的基础上。利用预见前馈将位置给定量提前作用于速度控制器输入端，大大减小了位置跟踪误差。仿真例子验证了该方法的有效性。     

Virtual CNC system. Part II. High speed contouring application

This paper presents a trajectory planning strategy for maintaining the tool positioning accuracy in high speed cornering applications. A 3D contour error estimation algorithm is presented for determining the geometric deviation from arbitrarily shaped toolpaths. Two spline fitting strategies are developed for smoothening sharp corners. The under-corner approach reduces the toolpath length, and therefore the cornering time. This technique yields successful results when used with a high bandwidth servo controller (such as sliding mode control), capable of accurately tracking the commanded toolpath. The over-corner approach is based on stretching out the sharp corner with a smooth curve, which counteracts the ‘undercut’ caused by the large phase lag in low bandwidth servo controllers (such as P–PI control). The cornering feedrate is adjusted in the Virtual CNC platform, developed in the first part of this article, to ensure that contour error violation does not occur. The achieved cornering accuracy is verified in experiments, which are in close agreement with predictions obtained with the Virtual CNC.     

基于直线插补的多轴联动轮廓误差控制方法

数控机床各联动轴实际动态性能不一致,会降低机床轮廓精度。针对空间复杂轮廓,提出一种基于直线插补的多轴联动轮廓误差控制方法。根据实际刀位点和用直线段逼近刀心轨迹指令曲线时的逼近节点,基于矢量法计算轮廓误差;将计算得到的轮廓误差与当前采样周期的跟随误差相叠加以控制伺服电机。在XYZ联动平台上进行了轮廓误差补偿控制实验,结果表明该方法能显著提高轮廓精度。     

Feed optimization for five-axis CNC machine tools with drive constraints

Real time control of five-axis machine tools requires smooth generation of feed, acceleration and jerk in CNC systems without violating the physical limits of the drives. This paper presents a feed scheduling algorithm for CNC systems to minimize the machining time for five-axis contour machining of sculptured surfaces. The variation of the feed along the five-axis tool-path is expressed in a cubic B-spline form. The velocity, acceleration and jerk limits of the five axes are considered in finding the most optimal feed along the tool-path in order to ensure smooth and linear operation of the servo drives with minimal tracking error. The time optimal feed motion is obtained by iteratively modulating the feed control points of the B-spline to maximize the feed along the tool-path without violating the programmed feed and the drives’ physical limits. Long tool-paths are handled efficiently by applying a moving window technique. The improvement in the productivity and linear operation of the five drives is demonstrated with five-axis simulations and experiments on a CNC machine tool.