文档介绍：摘要由于机械系统的控制精度直接影响产品生产效率及质量,高精度控制一直是控制理论与应用的热点问题。为了提高多轴系统的控制品质,不仅要考虑单个轴的控制精度,还要把各个轴之间的运动控制有机协调起来,才能达到系统整体全局性能的最优化。同步控制技术是多轴系统降低同步误差、保证加工精度的关键,也是当前机械设计和制造技术的一个重要发展方向。本文首先分析了多轴系统及同步控制技术的发展与现状,简单介绍了非线性控制理论。为了在保证控制精度的前提下,让控制算法易于工程实现,我们采用了非线性饱和函数和交叉耦合技术,提出了一种饱和比例一微分瓺位置同步误差的控制器,它很好的保证了同步控制精度。另外,在很多实际应用中,由于限定了系统完成的时间,或者为了避免超调,往往需要严格控制从起始点到期望位置之间的运动过程,就这种情况,,以有效的跟踪期望轨迹。最后,在工程实际中,当控制算法所需要的控制力矩超过驱动器最大输出力矩时,控制力矩会被限幅输出,这样就会严重影响系统的控制品质,为了避免这种情况,就前面两种控制器分别设计了相应的输入受限同步控制器。应用稳定性理论和变性原理证明了所设计控制器的稳定性,并通过实验证明了它们的优越性。关键词:多轴系统位置控制同步控制跟踪控制输入受限
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第一章绪论引言多轴系统同步控制技术的发展与现状在现代制造业中,人们对高生产率、低成本的需求越来越高,例如表面贴装机和数控机床在加工一些复杂零件或为了减少产品加工的工序时,常需要让它们的机械轴同步运动来进行加工,也正因如此,多轴系统在现代工业生产中被广泛应用,如三峡工程中使用的升船机、煤球机、冶金工厂中的多轴辊道、造纸机、桥式或龙门起重机以及各种机器人系统。但随着社会的发展,人们对多轴系统提出了更高的要求,如高速度、高精度的加工要求在造纸、印染、纺织等产业生产中显得越来越重要,为了提高多轴系统的综合性能,不仅要考虑单个轴的控制品质,还要把各个轴之间的运动控制有机协调起来,才能达到系统整体全局性能的最优化。多轴系统是非线性、强耦合的多输入多输出系统,其多个轴的协调控制是一个很复杂且很重要的问题。在机械加工中,由实际位置到期望轮廓的距离产生的轮廓误差直接关系到产品的质量,减小同步误差是降低轮廓误差的关键。高速龙门移动键铣加工中心是同步运动的典型例子,龙门柱沿导轨纵向进给,能获得很高的加速度特性,但由于横梁、刀架等大型移动部件的结构和受力并不是严格对称的,再加上存在各种不确定性扰动,所以不能保证龙门框架移动的高度一致性,这种不一致性产生的机械耦合将降低同步进给程度,影响加工质量,甚至可能使龙门框架或驱动元件受到损坏。同步控制技术是这类机床降低轮廓误差、保证加工精度的关键。采用多轴系统同步控制技术的数控机械用数字控制和伺服技术代替传统的机械传动机构,简化了设备的机械结构,提高了设备的精度、灵活性、寿命和效率【。因此,多轴系统同步控制技术是当前机械设计和制造技术的一个重要发展方向。多轴系统同步控制技术是一门跨学科的综合性技术,是电力电子技术、电气传动技术、信息技术、控制技术和机械技术的有机结合,近年来,随着相关技术的发展,多轴系统同步控制以其优越灵活的控制方式在现代工业生产中得到了广泛的应用。多轴系统同步控制方法可分为两大类:机械同步方式和电同步方式。机械同步方式主要有机械总轴同步摔制,而电同步方式主要有主令参考同步控制、主从同步控制和交叉耦合同步控制【俊
.底苤嵬娇刂啤,机械总轴同步控制方式是最早形成的一种同步控制方式,控制策略相对其它控制方式而言较为简单。机械总轴同步控制系统主要由机械部件实现:用一台大功率电动机拖动一根较长的机械总轴,所有的分区单元电动机都通过齿轮箱胶合在这根总轴上,所有的分区单元都共用相同的输入信号。在系统正常运行过程中,当某个分区单元由于负载的变化或发生扰动而使该单元转速发生变化时,其速度与机械总轴速度将会产生瞬时的失同步,致使该单元的内轴产生相应的弹性扭矩。与分区单元相连接的齿轮箱将这个弹性扭矩传递到机械总轴上,使得机械总轴承受一个使其与受扰单元同步的扭矩,在该扭矩的作用下,机械总轴的旋转速度将会发生变化,并且其速度变化趋势与受扰单元速度的变化趋势是一致的:在负载增加的情况下,单元速度将会加快,该单元将带动机械总轴使机械总轴的速度也加快;当负载变小时,单元速度将会减小,该单元将减缓机械总轴的旋转速度。反过来,机械总轴的旋转角速度也是所有与其相连分区单元的给定信号,在机械总轴受到受扰分区影响致使机械总轴速度变化的情况下,其它的单元速度也会随机械总轴速度的变化而变化,而且它们的变化方向与机械总轴的速度变化方向一致,进而与受扰单元的速度变化方向一致,这样就达到了同步