专利名称：基于坐标变换和参数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法
技术领域：
本发明属于数控技术领域，涉及一种基于坐标变换和参数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法。
背景技术：
数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求，更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。直接驱动进给系统利用直线电机能够直接产生直线推力的特 点，系统组成中不再需要丝杠螺母机构等中间传动环节。直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机床性能有了新的飞跃。数控机床的直线伺服系统采用直接驱动方式，消除了机械运动变换机构所带来的一系列不良影响，因此，在高精度、快响应的微进给伺服系统中具有非常明显的优势。但这也增加了控制上的难度。机床控制系统一般以设计单轴进给驱动轴减少跟踪误差。然而，关于加工，对于单轴进给驱动轴正交误差分量给设计的轮廓曲线比跟踪误差更重要。到目前为止已经提出各种为减少轮廓误差的控制方法。因为在大多数方法中每个进给驱动轴轮廓和跟踪误差都用来计算控制输入，这可能会有轮廓跟踪性能的下降。同时，考虑到在每个进给驱动轴轮廓和跟踪误差都给控制器参数调整带来困难。基于坐标转换的双轴进给驱动系统的轮廓控制方法把每个驱动轴的跟踪误差都被转换为正交误差分量和对于理想轮廓曲线的切线误差分量。由于这个方法获得了关于正交和切线方向的两个分离的单输入单输出系统，每个方向的控制器能被独立设计。然而，这个简化控制器参数调整，控制系统稳定性只在双进给轴和理想斜坡轨迹的速度动态匹配时才能保证。一种控制器，对于理想轮廓轨迹分解轮廓误差为正向和切向误差分量，并且对于机器刀具操作获得一种非过切的过程，据此一个工作坐标系被定义在进给驱动系统的指定位置，控制系统动力按照这个坐标系改写。对应理想轮廓曲线的正交和切线方向的工作坐标系轴和正交误差分量被认作实际轮廓曲线的近似。虽然这个方法对任何轮廓曲线提供了控制系统稳定性，但在实际轮廓误差和正交误差分量之间的差异可能导致一个重大的轮廓误差。
发明内容
针对现有控制技术中存在的实际问题，本发明提供了一种基于坐标变换和参数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法，基于完整的坐标系转换和参数调整的轮廓控制系统设计，对于设备建模误差和干扰提供鲁棒控制系统的稳定性。为了补偿实际轮廓误差和正交误差分量之间的差异引起的轮廓误差，一个轮廓索引方法中正交误差分量被一个新定义的误差信号代替，提出了一个基于后推滑模控制的鲁棒轮廓方法。然而，在设计鲁棒控制器中要求了新定义误差信号的二阶导数和干扰导数的上限，包括摩擦力。本发明方法包括基于坐标系转换和参考调整方法以及鲁棒控制器设计，控制增益的调节对理想曲线的正交误差分量比切线误差分量减少更多，参考调整方法使新坐标系的误差收敛速度被独立地调整，参考信号调整如图2所示。鲁棒控制器考虑干扰和设备建模误差，只有设备参数的标称值和干扰幅度的上限值被要求。本发明方法采用的控制系统包括电压调整电路、整流滤波单元、IPM逆变单元、DSP、霍尔传感器、光栅尺、电流采样电路、位置采样电路、IPM隔离驱动保护电路。交流电压输出至整流滤波单元输入端，整流滤波单元输出端接入IPM逆变单元，IPM与电机相连，电机机身装有光栅尺，光栅尺连接位置采样电路输入端，霍尔传感器采集电机电流信号，输出至电流采样电路，电流采样电路输出端和位置采样电路输出端均接入 DSP, DSP输出信号至电压调整电路输入端和IPM隔离驱动保护电路，电压调整电路对交流电压进行调整，IPM隔离驱动保护电路接入IPM逆变单元。速度和位置信号时通过分辨率为400线的增量式光电编码器来检测的，它产生脉冲信号A和B，送至DSP的事件捕获口，利用捕获口单元的计数功能得到转子的转速，位置由Z信号获得。本发明的基于坐标变换和参数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法，具体步骤如下步骤I :确定电机动子的初始相位；通过动子位置采样电路和电流采样电路分别采集电机动子位置、速度和电流信
肩、O步骤2 :对轮廓误差进行坐标变换，并进行参数调整，得到位置误差，即进行位置偏差计算，判断是否进行位置调节，是则进行步骤3，否则进行电流调节；步骤2. I :对轮廓误差进行坐标变换假设(al)理想轨迹&和它的导数岭和华可得；(a2)局部坐标系E I的倾角0和它的导数4和必可得；(a3)进给驱动系统位置X和它的导数是可测量的；(a4)对于2设备参数值，都是可得的；根据上述假设确定如下控制，包括驱动轴电机的输入电压V、矩阵H、E和Ie
权利要求
1.一种基于坐标变换和參数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法，其特征在于具体步骤如下 步骤I :确定电机动子的初始相位； 通过动子位置采样电路和电流采样电路分别采集电机动子位置、速度和电流信息；步骤2 :对轮廓误差进行坐标变换，并进行參数调整，得到位置误差，即进行位置偏差计算，判断是否进行位置调节，是则进行步骤3，否则进行电流调节； 步骤2. I :对轮廓误差进行坐标变换 假设 (al)理想轨迹ri和它的导数岭和辱可得； (a2)局部坐标系Σ I的倾角Θ和它的导数#和必可得； (a3)进给驱动系统位置X和它的导数是可测量的； (a4)对于2设备參数值，都是可得的； 根据上述假设确定如下控制，包括驱动轴电机的输入电压V、矩阵H、E和Ie
2.根据权利要求I所述的基于坐标变换和參数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法，其特征在于该方法由嵌入DSP中的控制程序实现，按以下步骤执行 步骤I系统初始化； 步骤2允许ΤΝ1、ΤΝ2中断； 步骤3启动Tl下溢中断； 步骤4程序数据初始化； 步骤5开总中断； 步骤6中断等待； 步骤7ΤΝ1中断处理子控制程序； 步骤8结束； 所述步骤6中位置调节中断处理子控制程序按以下步骤 步骤6-1位置调节中断子控制程序； 步骤6-2读取编码器值； 步骤6-3判断角度； 步骤6-4计算已走距离； 步骤6-5执行位置控制器； 步骤6-6执行鲁棒控制器补偿外部扰动； 步骤6-7计算电流命令并输出； 步骤6-8中断返回。
3.根据权利要求2所述的基于坐标变换和參数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法，其特征在于所述步骤7中Tl中断处理子控制程序按以下步骤 步骤7-1Τ1中断子控制程序； 步骤7-2保护现场； 步骤7-3判断是否已初始定位；是进入步骤4，否则进入步骤10 ； 步骤7-4电流采样，CLARK变换，PARK变换； 步骤7-5判断是否需要位置调节；否则进入步骤9 ； 步骤7-6位置调节中断处理子控制程序； 步骤7-7位置控制偏差计算 步骤7-8控制量输出调节 步骤7_9dq轴电流调节； 步骤7-1OPARK逆变换； 步骤7-11计算CMPPx及PWM输出；步骤7-12位置采样； 步骤7-13初始定位程序； 步骤7-14恢复现场； 步骤15中断返回。
4.如权利要求I所述的基于坐标变换和參数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法所采用的控制系统，其特征在于包括电压调整电路、整流滤波单元、IPM逆变单元、DSP、霍尔传感器、光栅尺、电流采样电路、位置采样电路、IPM隔离驱动保护电路； 交流电压输出至整流滤波单元输入端，整流滤波单元输出端接入IPM逆变单元，IPM与电机相连，电机机身装有光栅尺，光栅尺连接位置米样电路输入端，霍尔传感器米集电机电流信号，输出至电流采样电路，电流采样电路输出端和位置采样电路输出端均接入DSP，DSP输出信号至电压调整电路输入端和IPM隔离驱动保护电路，电压调整电路对交流电压进行调整，IPM隔离驱动保护电路接入IPM逆变单元。
全文摘要
一种基于坐标变换和参数调整直接驱动数控平台鲁棒控制方法，首先确定电机动子的初始相位；然后把轮廓误差进行坐标变换，并参考调整，得到位置误差，即进行位置偏差计算，判断是否进行位置调节；最后执行鲁棒控制算法，输出控制量，驱动数控平台。本发明方法采用的控制系统包括电压调整电路、整流滤波单元、IPM逆变单元、DSP、霍尔传感器、光栅尺、电流采样电路、位置采样电路、IPM隔离驱动保护电路。本发明针对直接驱动数控平台，提出了一个鲁棒轮廓控制器。基于一个完整的坐标系转换和参数调节函数，能被应用到任何光滑的轮廓曲线，对于设备建模误差和干扰提供鲁棒控制系统稳定性。
文档编号G05B19/18GK102637011SQ20111039096
公开日2012年8月15日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者刘春芳, 孙宜标, 王丽梅, 赵希梅, 郑浩 申请人:沈阳工业大学