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2025-07-14 14:57本頁面
【正文】 減小輪廓誤差。這一部分包括前饋控制和抗干擾技術(shù)的應(yīng)用。另一途徑為實時的準(zhǔn)確的估測輪廓誤差并對它們進行控制。Koren在6中介紹了交叉耦合控制器，在7,8中介紹了其他通過交叉耦合控制進行的工作。圖14展示了在xy平面的直線和曲線輪廓的誤差模型，(xc，yc)為要求的位置，（xp，yp）為實際位置，ex和ey分別是x軸和y軸的跟蹤誤差，εl和εc分別是直線運動和曲線運動的輪廓誤差。輪廓誤差εl和εc根據(jù)它們的幾何形狀確定如下：交叉耦合控制的框圖如圖15所示。交叉耦合增益Cx和Cy 根據(jù)參考軌跡而變化。直線運動中，由方程10得Cx=sinθ，Cy =cosθ。曲線運動中，由方程11得Cx=[ sinθex/2R], Cy =[cosθ+ey/2R]。注意通常情況當(dāng)R遠大于ex和ey時，我們可以令Cx=sinθ，Cy =cosθ。實驗中對Cc(z)應(yīng)用了一個PID控制器。 在圖16中，我們比較了有和沒有交叉耦合控制器時的輪廓誤差。圖中很明顯的體現(xiàn)了假如交叉耦合控制的H∞控制器減小了0度附近的y軸方向氣缸的摩擦力引起的輪廓誤差的峰值。輪廓誤差的最大峰值從50μm減小到20μm。在我們的三軸銑床中，前饋控制并未顯著減小輪廓誤差的最大峰值，而交叉耦合控制則坐到了這一點。5．總結(jié)本論文介紹了一臺三軸桌面式銑床和其配套數(shù)控系統(tǒng)。銑床的xy工作臺通過兩個音圈電機驅(qū)動，z軸通過直線電機驅(qū)動，空氣渦輪主軸的最高轉(zhuǎn)速可達16萬轉(zhuǎn)/分。通過有限元分析和沖擊錘試驗，我們驗證了這臺機床有良好的結(jié)構(gòu)剛度和高固有頻率。同時我們介紹了為這臺三軸銑床設(shè)計的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)由兩個程序構(gòu)成：基于微軟Windows的用戶圖形界面程序，和運行于Daytona DSP板的DSP程序。兩部分通過一個雙端口RAM交換數(shù)據(jù)，傳輸用戶輸入和G代碼命令。我們介紹并比較了一些能夠提高三軸桌面式銑床控制能力的控制技術(shù)。對于裝置了直線電機和空氣軸承的z軸，采用雙積分器設(shè)計的H∞控制器在跟蹤誤差和剛度方面較PID控制有更好地表現(xiàn)。但對于音圈電機驅(qū)動的x軸和y軸，H∞控制與PID控制具有相近的表現(xiàn)。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。干擾觀測器在抗干擾方面作用顯著。閉環(huán)伺服系統(tǒng)在突然收到脈沖信號，如干擾信號時，在反饋控制頂端設(shè)置一個干擾觀測器可以使系統(tǒng)相對快速的從干擾狀態(tài)中恢復(fù)。當(dāng)對工作臺的切削力較大時，干擾觀測器可以幫助保證加工精度。在有摩擦的情況下，交叉耦合控制可以有效地減少輪廓誤差和跟蹤誤差。在測試機床中，在H∞控制伺服回路中加入交叉耦合控制器可以顯著的減少輪廓誤差，并在減少跟蹤誤差方面較前饋控制器有更好的表現(xiàn)。參考文獻1. Liu, X., Devor, R. E., Kapoor, S. G. and Ehmann, K. F.,《微尺度機械加工：當(dāng)前科學(xué)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的評估》，制造科學(xué)期刊。Vol. 126, No. 4, pp. 666678, 20042. Zhou, K., Doyle, J. C. and Glover, K.,《魯棒控制與最優(yōu)控制》，普倫蒂斯霍爾，19963. Singh, T. and Singhose, W.,《操縱柔性結(jié)構(gòu)的輸入整形與時間延遲教程》美國控制協(xié)會出版社，Vol. 3, pp. 17171731, 2002.4. Kempf, C. J. and Kobayashi, S.,《直接驅(qū)動高速定位工作臺的干擾觀測器與前饋控制設(shè)計》，IEEE控制系統(tǒng)科學(xué)協(xié)會，Vol.5. Tomizuka, M.,《數(shù)字控制的零相位誤差跟蹤算法》，動力系統(tǒng)，測量和控制期刊，Vol. 109, No. 1, pp. 6568, 19876. Koren, Y. and Lo, .,《制造系統(tǒng)的交叉耦合雙向電腦控制》，動力系統(tǒng)，測量和控制期刊，Vol. 102, No. 4, pp. 265272, 1980.7. Erkorkmaz, K. and Altintas, Y.,《數(shù)控機床的高速輪廓控制算法》，ASME動力系統(tǒng)和控制部出版社，Vol. 64, , 1998.8. Bae, . and Chung, .,《使用交叉耦合控制器的雙軸伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整》，KSME期刊，Vol. 30, No. 10, pp. 12091218, 2006
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