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轮廓跟踪运动控制系统关键技术的研究

作　者: 李宏胜
导　师: 周杏鹏
学　校: 东南大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 轮廓运动控制数控系统多轴协调控制位置跟随控制模糊控制交叉耦合控制迭代学习控制零相差跟随控制干扰观测器
分类号: TP273.5
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 855次
引　用: 9次
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内容摘要

轮廓运动控制是运动控制领域研究的重要课题之一,其广泛应用于精密机械加工与其它自动化运动控制系统中。随着相关自动化设备对轮廓运动精度要求的提高,研究先进的轮廓运动控制策略具有理论意义和重要的应用价值。本文针对精密机械加工控制系统跟随控制与轮廓控制两类控制策略进行了相关研究。通过对常规各轴独立跟随控制的研究,分析了因伺服系统有限带宽引起的半径误差和运动轴性能不匹配引起的椭圆误差,并对数控机床进给伺服系统及传动机构中影响轮廓运动精度几个主要因素进行仿真研究,给出了在不同因素影响下轮廓运动的典型误差分布曲线。为提高系统的跟随性能,本文还对零相差跟随控制算法与干扰观测器结合的控制方案及干扰观测滤波器的设计方法进行了讨论。跟随控制系统在轮廓控制意义上是开环的,事实上在类似机床数控系统等许多应用中,轮廓误差较跟随误差具有更为重要的意义。本文在轮廓误差估计算法的基础上,分析了交叉耦合轮廓闭环控制特性,提出并研究了采用在线模糊自整定参数交叉耦合的控制方案。工程上,许多的运动控制需要执行沿一个轨迹的重复运行,通常的控制算法并未考虑此类运动的重复特性。迭代学习控制通过对每次运动误差的学习来提高运动精度。本文给出了一类离散线性系统高阶迭代学习算法的最优解,并提出了交叉耦合迭代学习控制的思想。同时还给出了存在不确定及干扰非线性时变系统迭代学习控制收敛的充分条件,并对闭环迭代学习控制收敛条件和收敛速度进行了频域分析和讨论。最后,本文介绍了在典型轮廓控制系统——机床数控系统研究中取得的成果和所研制数控系统的技术特点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-15
  1.1 引言  10-11
  1.2 课题研究背景及进展  11-13
  1.3 本文主要的研究内容和取得的成果  13-14
  1.4 本文的结构  14-15
第二章数控机床常规控制系统轮廓误差的分析与研究  15-30
  2.1 闭环位置控制的数学模型  15-16
  2.2 直线插补运动的轮廓误差  16-17
  2.3 圆弧插补运动的轮廓误差  17-21
    2.3.1 一阶模型圆弧运动误差分析  19
    2.3.2 二阶模型圆弧运动误差分析  19-21
  2.4 数控机床轮廓运动精度的分析与仿真  21-27
    2.4.1 仿真数学模型  21-23
    2.4.2 位置开环增益对直线运动精度的影响分析  23-24
    2.4.3 伺服系统及传动机构对圆弧运动精度的影响分析  24-27
  2.5 实验结果与分析  27-30
    2.5.1 直线运动实验  27-28
    2.5.2 圆弧运动实验  28-30
第三章位置跟随系统的零相差跟踪鲁棒控制  30-40
  3.1 零相差跟踪（ZPETC）控制  30-35
    3.1.1 零相差跟踪控制的原理  30-32
    3.1.2 最优自适应零相差跟踪控制  32-34
    3.1.3 变增益零相差跟踪控制  34-35
  3.2 基于干扰观测器（DOB）的鲁棒控制  35-38
  3.3 零相差跟踪的鲁棒控制设计  38-39
  3.4 小结  39-40
第四章轮廓运动的交叉耦合模糊自整定控制  40-56
  4.1 交叉耦合控制轮廓误差的估计  41-45
    4.1.1 直线与圆弧的轮廓误差计算  42-43
    4.1.2 两轴曲线运动轮廓误差的矢量估计  43-44
    4.1.3 空间轮廓误差的矢量估计  44-45
  4.2 变增益交叉耦合（CCC）控制系统  45-48
  4.3 模糊自整定交叉耦合控制  48-51
  4.4 仿真与实验研究  51-55
  4.5 小结  55-56
第五章轮廓运动的迭代学习控制  56-86
  5.1 迭代学习控制系统  56-57
  5.2 一类非线性系统的高阶迭代学习控制  57-64
    5.2.1 控制问题的描述  57-58
    5.2.2 高阶迭代学习算法及其收敛条件  58-60
    5.2.3 迭代学习的收敛速度  60-61
    5.2.4 仿真实验研究  61-64
    5.2.5 小结  64
  5.3 迭代学习控制的频域分析  64-71
    5.3.1 Arimoto 开环迭代学习算法  64-65
    5.3.2 闭环迭代学习算法  65-67
    5.3.3 闭环迭代学习算法的频域分析和设计  67-68
    5.3.4 仿真实验研究  68-71
    5.3.5 小结  71
  5.4 离散系统单调收敛高阶迭代学习控制  71-80
    5.4.1 离散线性系统的P 型ILC 控制  71-74
    5.4.2 离散系统单调收敛高阶 ILC 算法  74-76
    5.4.3 不同ILC 学习算法的讨论  76-78
    5.4.4 仿真实验研究  78-79
    5.4.5 小结  79-80
  5.5 轮廓运动交叉耦合迭代学习控制  80-86
    5.5.1 交叉耦合迭代学习控制  80-82
     5.5.2 仿真与实验研究  82-85
    5.5.3 小结  85-86
第六章典型轮廓控制系统 ——机床数控系统的研究与实践  86-91
  6.1 所取得的相关研究成果  86-87
  6.2 数控系统的特点及硬软件结构  87-90
    6.2.1 技术特点  88
    6.2.2 数控系统的硬软件构成  88-90
  6.3 先进控制策略在数控系统中的实践  90-91
第七章研究总结及展望  91-93
  7.1 全文研究总结  91-92
  7.2 研究展望  92-93
致谢  93-94
攻读博士学位期间发表的主要论文  94
攻读博士学位期间承担的科研项目  94-95
参考文献  95-101

轮廓跟踪运动控制系统关键技术的研究

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