[发明专利]一种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于多轴运动控制技术领域，具体涉及一种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制装置及方法。

背景技术

在工业控制中，高速、高精密运动控制作为装配制造业中的关键通用技术，广泛地应用于芯片制造设备、高速数控加工中心、激光雕刻、机器人、精密机械设备等方面，特别芯片制造产业和高速数控加工中心等高端制造装备对运动机构的高速、高加速度和高精度要求是行业发展的共同要求。

双轴运动平台由两台永磁同步直线电机分别直接驱动轴向相互垂直的X、Y两轴进行动态轨迹跟踪运动的二维平台，具有结构简单、加速度大、稳定性高等优点，在IC制造、数控加工等领域已得到广泛应用。定位控制与动态轨迹跟踪控制精度是衡量双轴运动平台性能的主要指标，即控制精准度高、双轴运动平台的系统响应速度快、定位行程长及抗干扰能力强等特性为高精密运动平台必须要具备的条件。然而，采用直线电机直接驱动结构虽然具有诸多优点，同时也为系统带来一些负面影响，如参数摄动、负载扰动、模型误差、摩擦力、端部效应等不确定因素会极大的影响双轴运动平台系统的跟踪精度。另外，在平台执行定位控制时，如果双轴运动平台系统超调量过大，会引起平台振动，影响双轴运动平台系统的定位精度。

因此，如何很好的抑制上述扰动对双轴运动平台系统定位精度与动态轨迹跟踪精度的影响对提高双轴运动平台控制装置的控制精度具有关键作用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制装置及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制装置，包括：DSP处理器；用于将光栅尺采集的位置速度信号转化为可被DSP识别的数字量的位置速度检测电路；用于采集电机电流并将电流模拟量转变为DSP可以识别的数字量的电流检测电路；用于对DSP进行参数设置和DSP处理结果进行显示的按键显示板；

DSP处理器与按键显示板相连接；DSP处理器还依次通过功率接口板、IGBT驱动板和两组三相半桥IGBT组同时与驱动双轴运动平台的X轴永磁同步直线电机和Y轴永磁同步直线电机相连；每个永磁同步直线电机的输出端连接光栅尺、光栅尺与位置速度检测电路相连，然后将检测的位置速度信号通过功率接口板送至DSP处理器的一路输入端；每个永磁同步直线电机的电流输入线路上连接霍尔传感器，霍尔传感器与电流检测电路相连，然后将检测的电流信号通过功率接口板送至DSP处理器的另一路输入端；

所述DSP处理器内还设置有位置给定器、变速切换控制器和主位置控制器；

所述的位置给定器用于根据指令运动轨迹的形状，分别对X轴永磁同步直线电机与Y轴永磁同步直线电机的初始位置坐标及实时运动位置坐标进行设定；

所述的变速切换控制器：根据定位控制指令发出的时刻，预设时刻t₀、t₁、t₂、t₃，并分别在时间段(t₀～t₁)、(t₁～t₂)、(t₂～t₃)内依次完成双轴运动平台的等加速度控制、等速度控制与等减速度控制；

所述的主位置控制器：在实时进行的动态轨迹跟踪控制过程中，通过选取Lyapunov函数，初步设计反演滑模控制律，再结合自适应方法，实时修正该控制律，并将修正后的控制律反馈至系统，以消除双轴运动平台执行动态轨迹跟踪过程中产生的跟踪误差。

一种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据指令运动轨迹的形状，分别对X轴永磁同步直线电机与Y轴永磁同步直线电机的初始位置坐标及实时运动位置坐标进行设定，两个直线电机接收到指令信号后开始运动；

步骤2：对每个直线电机的实际位置进行采样、并确定每个直线电机的实际速度；

步骤3：将每个直线电机的实测位置与指令位置进行比较、每个直线电机的实际速度与指令速度进行比较，分别获得每个直线电机的位置跟踪误差和转速偏差；

步骤4：实时查询是否收到定位控制指令，是，则执行步骤5；否，则执行步骤6；