[发明专利]一种多轴运动系统的轮廓误差控制器及其控制方法

权利要求书

1.一种多轴运动系统的轮廓误差控制器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)通过各轴的参考输入值q_xd，q_yd，q_zd和实际输出值q_x，q_y，q_z获得各轴的跟踪误差e_x，e_y，e_z；

2)将各轴的跟踪误差e_x，e_y，e_z通过轮廓误差增益C_x，C_y，C_z获得轮廓误差ε；

3)将步骤1)中获得的各轴的跟踪误差e_x，e_y，e_z经过x，y，z轴的滑模变结构控制器处理，获得控制信号u_x，u_y，u_z；

4)将步骤2)中的轮廓误差ε经过交叉耦合控制器处理后，再经轮廓误差增益C_x，C_y，C_z获得各轴的轮廓误差补偿量；

5)将步骤3)中滑模变结构控制器获得的控制信号u_x，u_y，u_z和各轴实际输出位置q_x，q_y，q_z作为扩张状态器的输入信号，产生各轴位置信号速度信号以及扰动信号的量，之后再将位置信号速度信号以及扰动信号反馈给滑模变结构控制器产生新的控制信号u_x，u_y，u_z；

6)将步骤4)中的轮廓误差补偿量以及步骤5)中获得的新的控制信号u_x，u_y，u_z叠加，作为总的控制量，作用于具有扰动的各轴执行机构进行轮廓运动控制。

2.如权利要求1所述的一种多轴运动系统的轮廓误差控制器的控制方法，其特征在于：其中的多轴运动系统设置为由两两垂直的永磁直线同步电机PMLSM进行轮廓控制，其机械运动方程为：

其中，F_e为电磁推力，K_f为电磁推力系数，M为动子和动子所带负载的总质量；B为粘滞摩擦系数；v为电机动子速度；为电机动子加速度，d为外部扰动；选取电机位置q和电机速度v为系统状态变量，PMLSM状态方程可写为：

u＝i_q为电机控制输入量；直驱三轴运动平台系统模型可以用三个二阶微分方程表示：

3.根据权利要求1所述的一种多轴运动系统的轮廓误差控制器的控制方法，其特征在于：所述的步骤2)中的轮廓误差ε通过在三维空间运动轮廓误差向量图中推演获得。

4.根据权利要求2所述的一种多轴运动系统的轮廓误差控制器的控制方法，其特征在于：所述步骤5)中的扩张状态器是将系统中的扰动量作为一个状态量，结合原有的状态变量，构造扩张状态量，利用系统模型中少量可测的信息，估计出系统不可测的外部扰动以及系统状态信息，从而补偿扰动对系统的影响，提高系统的抗扰动性以及鲁棒性；其具体设计如下：

设状态变量x₁＝q，则系统(15)可写为如下状态方程：

其中C＝[1 0]；

设计扩张状态器设计为：

5.根据权利要求2所述的一种多轴运动系统的轮廓误差控制器的控制方法，其特征在于：所述步骤3)中的滑模变结构控制器中针对被控对象，设计滑模函数为：

其中c＞0，e＝q-q_d

基于扩张器的滑模变结构控制器设计为：

其中，

则滑模变结构控制器可写为：

6.根据权利要求2所述的一种多轴运动系统的轮廓误差控制器的控制方法，其特征在于：所述的交叉耦合控制器采用PID控制算法。