[发明专利]直线电机X-Y的自适应迭代学习鲁棒控制系统及设计方法

说明书

本发明公开了一种直线电机X‑Y的自适应迭代学习鲁棒控制系统及设计方法，具体为：首先建立了基于理想几何轮廓的全局任务坐标系，并将工业X‑Y直线电机驱动阶段笛卡尔坐标系下的系统动力学模型转化为全局坐标系的模型；结合传统的自适应控制和确定性鲁棒控制的优点在全局坐标系下设计了自适应鲁棒控制器；为了在不精确系统模型的情况下，能够在重复任务下获得良好的稳态跟踪性能，在自适应鲁棒控制的基础上设计迭代学习控制器，形成迭代学习鲁棒自适应控制系统，最终给出本系统的实用性分析。

技术领域

本发明属于交流电机传动技术领域，涉及一种基于全局坐任务坐标系的直线电机X-Y的自适应迭代学习鲁棒控制系统及设计方法。

背景技术

数控机床(CNC)作为工业加工的基础装备，是一切机器的母机，其中XY双轴工作台(简称XY平台)是CNC中的基本机构之一，用以实现平面定位和平面进给。在XY轴共同运动的控制要求下，各单轴之间的动态特性会互相耦合，会形成复杂的非线性系统。为提高加工复杂型面的直驱XY平台的轮廓精度，轮廓误差补偿己成为现代高性能数控系统研发的关键技术之一。轮廓误差的控制方法包括单轴跟踪误差控制和双轴协调直接轮廓控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于全局坐任务坐标系的直线电机X-Y的自适应迭代学习鲁棒控制系统及设计方法，可同时满足高速大曲率轮廓加工任务，具有很强的参数自适应能力、不确定性扰动鲁棒性以及暂态/稳态轮廓加工性能。

本发明公开了一种直线电机X-Y的自适应迭代学习鲁棒控制系统设计方法，按以下步骤实施：

步骤1：建立全局坐标系，并将工业X—Y直线电机驱动阶段笛卡尔坐标系下的系统动力学模型转化为全局坐标系；

步骤2：在步骤1的基础上设计基于全局坐标系的自适应鲁棒控制器；

步骤3：在步骤1的基础上设计迭代学习控制器；

步骤4：在步骤2与步骤3设计的自适应鲁棒控制器与迭代学习控制器的基础上组合得到基于全局坐标系的自适应鲁棒迭代学习控制器。

步骤1具体为：

步骤1.1：建立基于几何模型的全局坐标系：

且其雅可比矩阵可近似表示为

其中，G表示全局任务坐标系，X-Y平面轮廓表示为f(x,y)＝0，为实际的轮廓误差，简化表示为r_c，r_m(x,y)是期望轨迹的曲线长度函数，简化表示为r_m，实际上是参考点与期望方向上的位置(x，y)沿法线方向的投影之间的距离；

步骤1.2：建立电机动力系统在全局坐标系下的数学模型，设任意时刻控制对象期望的位置与时间的关系为P(t)＝[x(t),y(t)]，双轴直线电机驱动级的动力学方程表示为：

其中，q(t)＝[x(t),y(t)]^T表示期望的轮廓曲线，u是2×1阶控制输入矢量；M＝diag[M₁,M₂]，B＝diag[B₁,B₂]分别表示对角惯性与阻尼矩阵，代表库仑摩擦，A＝diag[A₁,A₂]表示对角摩擦系数矩阵，S_f(·)是光滑的向量函数，表示为d_n是外部扰动标量值的2×1阶向量，是所有未建模扰动或建模误差；

令则动力学方程重新表述为：