摘要
本文以沈阳科学技术计划项目“龙门移动式数控机床双直线电机同步微进给技术研究(NO.1071201-1-00)”为背景,深入研究了直线伺服双位置环同步进给控制中的问题,对解决多电机高精度同步进给和协调控制一类问题中具有重要而普遍的意义。结合被控对象的实际特点,基于解耦控制理论和内模控制理论,提出了两种减小双直线电机同步传动系统中同步误差的控制策略。
基于解耦-内模控制策略的同步传动系统是先采用解耦控制技术来消除或者减轻机械耦合,以提高双直线电机同步控制精度。针对存在的耦合设计了理想解耦控制器,解耦后的系统可以看作是两个独立的单输入单输出系统。然后,对解耦后的单电机位置伺服系统提出了一种二自由度内模控制方案,使系统对参考输入信号具有较高的响应能力,并且能够很好地抑制模型失配与外部扰动。
内模解耦控制策略是针对龙门移动式镗铣床的特点,将解耦控制与内模控制相结合提出的一种方案。此种控制策略将前馈对角解耦方法与多变量内模控制相融合,所设计的内模解耦控制器同时兼具解耦控制器和内模控制器的特性,能够克服解耦环节可能无法精确解耦带给系统的影响。
理论分析和仿真结果表明,本文基于解耦控制理论和内模控制理论所设计的两种控制策略鲁棒性强、响应快速性优良,动态过程同步误差小,都能够较好地满足被控对象对高精度同步控制的要求。而其中的内模解耦控制策略因为避开了解耦-内模控制策略在动态运行时可能无法实现精确解耦的弊端,因此具有更加优良的动态性能,同步精度更高。
Based on the Shenyang Science and Technology Project named "Research on Dual Linear Motors Synchronous Micro Feed Technology of Gantry Moving Type Computerized Numerical Control Machine (No. 1071201-1-00)", the problem of the linear servo dual position loops synchronous drive control is researched in the paper, which has an important and pervasive significance for solving multitude motors high precision feed and synchronous control. Considered the characters of the controlled object, based on the decoupling control theory and internal model control theory, two control strategies are proposed to reduce the synchronous error of dual linear motors synchronous drive system.
The synchronous drive system based on decoupling-internal model control strategy, firstly, uses decoupling control technology to eliminate or counteract the mechanical coupling effect, and improve the synchronous control precision of dual linear motors. The ideal decoupling controller is designed for mechanical coupling, so that the system decoupled can be treated as two independent single input single output systems. Then, the proposed two-degree-of-freedom internal model control scheme for single motor position servo system can guarantee high response ability for the reference signals, high restraint ability for the model perturbations and the external disturbances.
For the characters of gantry moving type milling machine, the decoupling control and internal model control are combined in internal model decoupling control strategy. The feed forward diagonal decoupling principle and the multivariable internal model control are employed here to design the internal model decoupling controller, which has the characters both decoupling controller and internal model controller synchronously, then it is able to conquer the effect which imprecise decoupling bring to the system.
The theory analysis and results of simulation indicate that the proposed schemes based on decoupling control theory and internal model control theory have strong robustness, rapid response, and small dynamical synchronous error, thus the demand for the high precision synchronization control can be satisfied. Because the internal model decoupling control strategy avoids the imprecise decoupling in dynamic machining of decoupling-internal model control strategy, it has the superior dynamic performance and synchronous precision.
引文
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