论文摘要
本文以辽宁省自然科学基金项目（20052045）及辽宁省教育厅基金（2004F014）为背景,针对XY平台用永磁直线同步电机伺服系统易受到加工工件参数摄动,外部负载扰动及双轴响应速度不匹配影响的特点,采用鲁棒l1控制设计单轴速度控制器,并在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,以提高XY平台直线伺服系统的轮廓精度。在各种数控机床中,传统的驱动方式通常是旋转伺服电机加蜗轮、蜗杆副和齿轮副机构,由于存在机械传动链,会造成运动响应慢、摩擦大及其它非线性误差,难以实现高精度加工。采用直接驱动技术的机床伺服系统消除了中间传动环节,具有推力大、摩擦力小、动态刚度和定位精度高等特点,但系统对负载扰动和负载质量变化等不确定性更为敏感,使其伺服性能大大降低。同时,高速高精的加工技术正在成为新的研究方向,如何改进多轴间的协调控制来消除或改善系统的轮廓误差、提高整体控制性能,并与快速发展的数控技术相结合。这就需要通过设计伺服控制器来提高系统的鲁棒性和轮廓精度。H∞控制以最小化误差的能量作为性能指标,具有较好鲁棒性和抗扰性。但H∞控制要求输入必须是能量有限信号。而实际系统的干扰信号,如突加负载产生的阶跃扰动,时变有界负载扰动等一般都是属于l∞空间的持续有界信号,并不满足H∞控制理论干扰是平方可积的能量有界信号的假设。而l1最优控制与H∞最优控制不同,它以相应灵敏度函数的l1范数为性能指标,得到的控制器可最小化有界干扰所引起的最大输出误差的幅值。因此,本文采用l1控制设计单轴速度控制器,在直线电机离散模型的基础上,利用youla参数化法将l1速度控制器设计转化为匹配模型最佳控制器Q的设计。从给定的控制器阶数出发,将无限维的l1问题转化为有限维的线性规划问题。间接减小轮廓误差。在X、Y轴间加入变增益交叉耦合控制器,根据各轴的反馈信息和插补值,实时修正轮廓误差模型的增益,以寻求最佳补偿律,并将补偿修正信息反馈给各轴,从而达到补偿轮廓误差的目的。该方法的显著优点是任何路径下都可以改善轮廓误差。本文还以现有的永磁直线同步电机为控制对象,建立系统数学模型,并利用MATLAB软件对上述控制策略进行仿真研究及分析。仿真结果表明,所设计的基于l1单轴速度控制器的变增益交叉耦合控制可大大提高XY平台直线伺服系统的鲁棒性和轮廓精度。
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