【正文】 當(dāng)一個軸以高速加速運(yùn)動時，可以安全的使用輸入整形器，但當(dāng)兩個或更多的軸需要產(chǎn)生同步協(xié)調(diào)的運(yùn)動路徑時，每一個軸的輸入整形器應(yīng)具有相同的時間延遲。在輸入一個大振幅的階躍信號后。因此脈沖序列必須滿足：方程組（7）的一組平凡解為：其中：如果通過方程組（8）得出的脈沖序列與需要的指令信號作卷積，并將卷積的結(jié)果作為命令輸入給系統(tǒng)，則卷積的結(jié)果也不會引起振動。前饋控制器如ZPETC（零相位誤差跟蹤控制）大致對對象的動態(tài)特性進(jìn)行了反轉(zhuǎn)，而且需要一個精確的對象模型。當(dāng)PID控制器作用于y軸時，在0度左右出現(xiàn)了大概30μm的誤差，而同樣位置使用H∞控制器則會出現(xiàn)50μm左右的誤差。注意輪廓誤差和軌跡跟蹤誤差是不同的。最終的H∞控制器K（z）是一個五階控制器。對于z軸，對位置進(jìn)行微分而不是對位置誤差進(jìn)行微分可以允許更多的PID增益。作為另一種選擇我們針對z軸設(shè)計了H∞控制器，并進(jìn)行了手動調(diào)整PID控制和H∞控制的性能比較。在實時生成了控制各軸的命令后，DSP程序開始驅(qū)動三軸銑床的伺服控制回路。一般來說，采樣率被設(shè)定為被控制平面的帶寬的10倍以上。當(dāng)用戶點擊G代碼打開按鈕，一份完整的G代碼文件就被讀入并保存在內(nèi)存區(qū)域，然后G代碼出現(xiàn)在左下角的列表框中。兩部分共用一個雙端口RAM，并通過它進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。我們通過沖擊錘試驗去驗證計算得到的固有頻率。通過安裝一個含空氣軸承套的重量平衡塊可以消除重力沿y方向?qū)y平面工作臺的影響。第四部分介紹了一些現(xiàn)代控制方式包括H∞控制，輸入整形控制，干擾觀測和交叉耦合控制，并通過實驗數(shù)據(jù)展示了它們的優(yōu)缺點。這套數(shù)控系統(tǒng)由兩部分組成。研究人員一直在嘗試將微納技術(shù)加入到微型工廠系統(tǒng)中，從而滿足制造工業(yè)對微/中型精密構(gòu)建的質(zhì)量要求。針對這臺三軸銑床設(shè)計的數(shù)控系統(tǒng)包括兩部分。在本論文中，我們介紹了一種三軸桌面式銑床和用于操作這套銑床的數(shù)控系統(tǒng)。為了增強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)中伺服控制回路的性能以超越傳統(tǒng)的PID控制，這臺三軸銑床中測試使用了一些現(xiàn)代控制算法如H∞控制，輸入整形控制，干擾觀測和交叉耦合控制。它有一個大小為200x300x200 mm3的桌面，用于作為測試平臺。兩部分的任務(wù)分配在本文中有詳細(xì)的闡述。為了評測微型機(jī)床的基本加工性能和剛度，我們設(shè)計了一臺小型三軸銑床作為測試平臺。2．1 靜態(tài)與動態(tài)分析 利用如圖3所示的有限元模型進(jìn)行有限元分析，我們得出了這臺三軸銑床的靜態(tài)與動態(tài)特性。xy工作臺的固有頻率大概分布在400710Hz，背架則在440640Hz間。當(dāng)圖形用戶界面程序讀取一個G代碼文件的時候，它會顯示通過G代碼表達(dá)的刀具軌跡。所有預(yù)處理過的信息輸入到DPRAM并交給DSP程序。如果角度小于一個預(yù)設(shè)定的值并且輪廓功能是開啟的，它會設(shè)置一個標(biāo)志使刀具路徑進(jìn)入到下一個線段時不會減速。它們包括PID，H∞控制，輸入整形控制，干擾觀測和交叉耦合控制。通過對不同輸入振幅的頻率響應(yīng)計算出平均頻率響應(yīng)，并擬合出標(biāo)稱的連續(xù)時間對象模型。針對時間連續(xù)的H∞控制器設(shè)計混合靈敏度規(guī)范為：式中S（s）為靈敏度函數(shù)，T（s）為互補(bǔ)靈敏度函數(shù)，K（s）是要得到的H∞控制器函數(shù)，1/Wp（s）、1/Wr（s）、1/Wu（s）分別為S（s）（性能）、T（s）（噪聲衰減）、和G（s）S（s）（高輸入信號處理）設(shè)置了幅度上限。這是一個經(jīng)驗性的靈敏度函數(shù)圖，我們可以通過該圖估算其跟蹤性能。兩軸伺服運(yùn)動的輪廓誤差只需要考慮空間軌跡，而且跟蹤誤差大不一定意味著輪廓誤差也大。但是沒起到明顯的改善作用。4．2 輸入整形器的作用輸入整形器包括實時整形和對穩(wěn)定系統(tǒng)的參考命令的時間延遲濾波，目的是盡量減少殘余振動。通過實驗和模擬分別得出的階躍響應(yīng)比較如圖10所示。當(dāng)x軸輸入大振幅階躍信號時，輸入整形器雖不能完全消除振動，但相比只使用H∞控制器的情況大大減少了振動。當(dāng)對象受到干擾時，控制器出現(xiàn)了一些振蕩，徹底消除干擾所需要的時間比PID控制器要長。名義對象模型的轉(zhuǎn)換，1/Gn（z）通過ZPETC（零相位誤差跟蹤控制）5得到，實驗中我們?yōu)镼（z）設(shè)計使用了截止頻率為50Hz的巴特沃斯低通濾波器。其一為減小軸的跟蹤誤差可以間接減小輪廓誤差。曲線運(yùn)動中，由方程11得Cx=[ sinθex/2R], Cy=[cosθ+ey/2R]。銑床的xy工作臺通過兩個音圈電機(jī)驅(qū)動，z軸通過直線電機(jī)驅(qū)動，空氣渦輪主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)16萬轉(zhuǎn)/分。在需要大加速度時，輸入整形器會有明顯作用，但當(dāng)多軸合成運(yùn)動時要謹(jǐn)慎使用，因為它會破壞各軸協(xié)調(diào)參考軌跡的同步性