用变增益零相位误差跟踪和扰动观测实现轮廓加工的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101989080A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN101989080A(43)申请公布日2011.03.23(21)申请号201010571352.4(22)申请日2010.12.03(71)申请人沈阳工业大学地址110870辽宁省沈阳市经济技术开发区沈辽西路111号(72)发明人赵希梅王丽梅孙宜标孙显峰刘春芳(74)专利代理机构沈阳智龙专利事务所(普通合伙)21115代理人宋铁军(51)Int.Cl.G05B19/19(2006.01)权利要求书2页说明书14页附图19页(54)发明名称用变增益零相位误差跟踪和扰动观测实现轮廓加工的方法(57)摘要一种用变增益零相位误差跟踪和扰动观测实现轮廓加工的方法，包括VGZPETC、PD位置控制器、DOB、和被控对象四部分；结合数控机床轮廓运动控制的特点，本发明提出VGZPETC和DOB相结合的控制方案。VGZPETC作为前馈跟踪控制器，消除闭合回路系统相位滞后所产生的误差以及建模误差并补偿了增益损失，提高了快速性，使系统实现准确跟踪；基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性不确定因素，并根据预测到的扰动信息对各轴进行补偿以消除扰动对系统的影响，从而保证了系统的强鲁棒性能，提高了轮廓加工精度。CN1098ACN101989080A权利要求书1/2页1.用变增益零相位误差跟踪和扰动观测实现轮廓加工的方法，其特征在于：用变增益零相位误差跟踪控制器与扰动观测器相结合来提高轮廓加工精度的方法，该方法包括：变增益零相位误差跟踪控制器VGZPETC、PD位置控制器、DOB、和被控对象四部分，其中：VGZPETC，用以消除闭合回路系统相位滞后所产生的误差以及建模误差并补偿了增益损失；PD位置控制器，用以改善位置回路响应特性；DOB，用以消除系统的扰动，并使速度回路的传递函数成为参考模型；被控对象，是由电机、速度环和电流环三部分组成；所述VGZPETC的输入信号为位置参考指令，根据前一时刻的输入和输出值来调整前向通道上的增益；经过VGZPETC后的输出位置信号与反馈位置信号比较后，送入PD位置反馈控制器，PD控制器的输入信号为速度给定信号，速度给定信号与DOB的输出信号比较后，所得的偏差送入被控对象，被控对象的输出为实际输出的速度信号，经过积分器后，所得信号即为实际的位置信号。2.根据权利要求1所述的用变增益零相位误差跟踪和扰动观测实现轮廓加工的方法，其特征在于：所述的VGZPETC的设计方法是根据系统的逆思想设计的，能够根据前一时刻的输入和输出值来调整前向通道上的增益；由于理想伺服系统的幅频特性应是在全频域内为1，因此变增益控制器应为；当闭环系统不包含不可对消的零点时，理想的零相位误差跟踪控制器ZPETC的表达式为：式中：——零相位误差跟踪控制器的离散传递函数；——零相位误差跟踪控制器的输出；——系统的参考输入；——超前d步；——闭环传递函数的分母多项式，且首项为1；——闭环传递函数的分子多项式；当闭环系统包含不可对消的零点时，ZPETC的表达式为：式中：——闭环传递函数分子多项式中可接受的部分，即可对消的零点多项式；——闭环传递函数分子多项式中不可接受的部分，即不可对消的零点多项式；——用z替换z-1换时，不可对消的零点多项式；——当z=1时不可接受部分的多项式；2CN101989080A权利要求书2/2页变增益控制器为:。3.根据权利要求1所述的用变增益零相位误差跟踪和扰动观测实现轮廓加工的方法，其特征在于：该方法采用嵌入控制电路DSP处理器中的控制程序，该程序按以下步骤执行：步骤一系统初始化；步骤二电机动子初始定位；步骤三允许INT1，INT2中断；步骤四启动T1下溢中断；步骤五中断等待；步骤六T1中断处理；步骤七保护中断处理；步骤八结束。4.根据权利要求1所述的用变增益零相位误差跟踪和扰动观测实现轮廓加工的方法，其特征在于：上述步骤七中保护中断处理过程按以下步骤执行：步骤1禁止所有中断；步骤2封锁IPM；步骤3中断返回。5.根据权利要求1所述的用变增益零相位误差跟踪和扰动观测实现轮廓加工的方法，其特征在于：所述步骤六中T1中断处理过程按以下步骤执行：步骤1保护现场；步骤2判断是否调进行扰动补偿，是进入步骤3，否则进入步骤4；步骤3调用扰动观测器子程序进行干扰抑制；步骤4判断是否位置调节，是进入步骤5，否则进入步骤9；步骤5位置采样，并与给定值比较后获得位置偏差；步骤6位置PD调节；步骤7速度采样，位置PD调节器输出信号比较后获得速度偏差；步骤8速度PI调节；步骤9调用VGZPETC子程序进行前馈补偿；步骤10电流采样；步骤11对电流值进行3S/2R变换；步骤12利用q轴电流计算推力；步骤13求出推力