[发明专利]一种多轴数控装备的复合控制方法

说明书

本发明公开了一种多轴数控装备的复合控制方法，其包括如下步骤：任务示教编程，特征点初始定位，路径规划，伺服反馈控制，特征点动态定位，逆解关节位置，有限时间状态运算，有限时间输出空置率运算以及自适应前馈补偿。本发明提供的多轴数控装备的复合控制方法在工程上容易实施、抗干扰能力强、鲁棒性程度高、具有一定自适应能力，并且该复合控制方法计算简单、控制周期短、控制频率高、响应快、误差小、精度高、滞后少、对多轴数控装备一致性要求低，有效解决了基于双目视觉定位的受时变不确定扰动影响的高性能数控装备有限时间输出前馈补偿控制的设计和实施问题。

技术领域

本发明属于多轴数控装备控制技术领域，具体涉及一种多轴数控装备的复合控制方法。

背景技术

高性能多轴数控装备系统动力学前馈控制与通用机电系统动力学控制基本思想一致，即根据多轴数控装备系统物理结构特点建立多轴数控装备系统动力学模型，计算多轴数控装备系统关节驱动力，然后将驱动力转换为伺服电机的前馈控制电流。同时，机械臂路径规划模块根据机械臂任务空间特征点和特征曲线生成伺服电机的参考位置点序列，参考位置点与当前时刻的反馈位置点比较后在伺服电机位置环控制器的作用下生成伺服电机参考速度，伺服电机参考速度与当前时刻的伺服电机反馈速度比较后在伺服电机速度环控制器的作用下生成伺服电机参考电流。前馈电流和参考电流叠加与当前时刻反馈电流比较后再伺服电机电流环调节器作用后经空间矢量正弦控制器控制伺服电机，驱动关节运动完成既定任务。

上述控制过程如图1所示，反馈控制部分为伺服电机属于通用控制技术，前馈控制部分核心在于建立数学模型完成多轴数控装备系统动力学计算模块，建模计算主要通过下式进行。

τ＝M(q)q″+C(q，q′)q′+G(q)+d

τ＝[τ₁ … τ_n]^T

C(q，q′)＝[c₁(q，q′) … c_n(q，q′)]^T

G(q)＝[G₁(q) … G_n(q)]^T

上式中，n表示多轴数控装备系统关节数量；τ表示各关节驱动力矩的向量；q、q′、q″分别表示各关节当前位置、速度、加速度的向量；M(q)为惯性矩阵C(q，q′)为科氏力系数矩阵；G(q)为重力矩；d为干扰力矩，包括关节摩擦力矩、模型参数辨识误差引入的干扰、高阶未建模引入的干扰、多轴数控装备系统外部不可预测干扰等。这些系数的计算可以通过拉格朗日法或牛顿欧拉法完成。

多轴数控装备系统动力学前馈控制技术除上述背景技术的直接应用方法外，还包括以下三类改进方法：以东南大学孙玉阳和孟正大在其学位论文《重载机器人动力学建模及前馈控制方法研究与实现》中所述的前馈方法为代表的简化应用法；以广州弘度信息科技有限公司申请的发明专利“一种基于动力学的机械臂柔性控制方法”(CN201910651925.5)为代表的直接力矩反馈控制改进法；以华中科技大学叶伯生等人在其专利“一种基于动力学模型的机器人自适应阻抗控制系统”(CN201910352004.9)中所述的自适应阻抗法。

上述技术在多轴数控装备系统应用时，存在的缺点包括：①控制计算复杂、周期长、频率低，直接应用响应慢；②控制精度低；③前馈电流存在滞后性，对高速机械臂系统干扰较大，不适合于高速机械臂；④对多轴数控装备系统本体一致性要求高，调试结果在同型号不同个体机器人之间的通用性受限；⑤前馈电流与伺服电机速度环产生的电流结合过于简单，容易引起多轴数控装备系统位置和速度的超调，需要较长的时间进行稳定，潜在风险大；⑥控制方法需要被控对象多轴数控装备系统能够直接反馈关节位置信号，通用性差。