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直线电机XY平台交叉耦合迭代学习控制

张琳娜  
【摘要】:轮廓精度是衡量XY平台运动控制系统的重要指标之一,永磁直线同步电动机驱动XY平台进行周期性轮廓加工时,会产生两种轮廓误差。第一种与加工周期相关,第二种与位移相关。迭代学习控制能削弱不同周期的周期性误差,为此将迭代学习控制与交叉耦合控制相结合来设计交叉耦合迭代学习控制器。利用实时轮廓误差估计模型估算出轮廓误差,再通过迭代学习控制,按交叉耦合增益的关系来分配X﹑Y轴的补偿量,实现对周期性轮廓误差的实时补偿。但是此方法对第一周期的单轴误差改进效果不佳。为此对此方法进行改进,采用自适应鲁棒控制增强对第一周期轮廓误差的抑制效果。 首先,针对直线电机驱动XY平台加工系统的特点和控制器设计的需要,分析三种加工轨迹的轮廓误差,建立了任意轨迹的实时轮廓误差估计模型。由于直线电机在加工过程中会受到端部效应﹑负载扰动及不确定的外界干扰,就此设计了直线电机XY平台的单轴控制器,提出了以位移重复控制器结合PDFF速度控制器的方法提高系统快速性﹑增强系统鲁棒性﹑减小单轴跟踪误差,达到间接减小轮廓误差的目的。仿真结果表明,单纯提高单轴的跟踪精度并不能从根本上解决双轴间的动态不匹配造成的轮廓精度不高的问题,而在系统受到外部干扰和负载变化的条件下,XY平台的轮廓精度的有很大下降。 其次,针对单轴控制器不能完全解决动态不匹配对系统轮廓误差造成的影响,设计了单轴采用PDFF速度控制和位移重复控制,双轴采用交叉耦合迭代学习控制的交叉耦合迭代学习控制器,利用实时轮廓误差估计模型估算出轮廓误差,再通过迭代学习控制,按交叉耦合增益的关系来分配X﹑Y轴的补偿量,实现对周期性轮廓误差的实时补偿。理论推导与仿真结果表明该方案对直线电机XY平台轮廓误差有很好的抑制效果,但对第一周期的轮廓误差抑制效果有待提高。 最后,针对迭代学习控制和单轴位移重复控制对第一周期轮廓误差无抑制能力,单轴采用自适应鲁棒控制补偿轮廓误差效果并提高其鲁棒性。双轴依然采用实时轮廓误差估计模型估算轮廓误差,再通过交叉耦合迭代学习控制对轮廓误差进行补偿。理论推导与仿真结果表明设计的鲁棒交叉耦合迭代学习控制器能很好的抑制直线电机XY平台的轮廓误差。


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