[发明专利]三轴运动平台自适应滑模交叉耦合轮廓控制方法

权利要求书

1.一种三轴运动平台自适应滑模交叉耦合轮廓控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建并初始化自适应滑模控制器，将自适应滑模控制器与伺服控制器相连；

S2、向初始化后的自适应滑模控制器输入初始插补命令信号，得到伺服控制器的初始输出结果；

S3、根据初始插补命令信号和伺服控制器的初始输出结果更新自适应滑模控制器的自适应滑模控制律和轮廓误差，分别得到当前自适应滑模控制律和当前轮廓误差；

S4、将当前轮廓误差送入交叉耦合控制器，通过PID控制算法，得到当前轮廓误差的补偿控制量，同时计算当前轮廓误差的补偿控制量的交叉耦合增益；

S5、向当前自适应滑模控制器输入新的插补命令信号，将当前自适应滑模控制律和当前轮廓误差经交叉耦合控制器生成的补偿控制量的交叉耦合增益叠加后输入伺服控制器，得到伺服控制器的输出结果，完成一次自适应滑模交叉耦合轮廓控制；

S6、判断是否继续进行自适应滑模交叉耦合轮廓控制，若是则进入步骤S7；否则结束控制；

S7、根据上一轮的插补命令信号和伺服控制器的输出结果更新自适应滑模控制器的参数和轮廓误差，返回步骤S5；

步骤S3中根据初始插补命令信号和伺服控制器的初始输出结果更新自适应滑模控制律的具体方法包括以下子步骤：

S3-1-1、根据公式：

e＝r_i-p_i

得到初始自适应滑模控制律u_i；其中，r_i为初始插补命令信号，p_i为伺服器的初始输出结果，g为初始的参数估计值，f为初始神经网络状态下的实际真值，e为初始跟踪误差，sat(s)为饱和函数，s为滑模面，λ、η和k均为正常数，W为初始RBF神经网络的权值矩阵，且包含l个元素，W^T为初始矩阵的转置，H为初始RBF神经网络l个隐含层节点的高斯基函数输出结果组成的转置矩阵，h_j为初始RBF神经网络第j个隐含层节点的高斯基函数输出结果，X为初始RBF神经网络输入值，c_j为第j个隐含层节点的中心矢量，b_j为隐含层节点的基宽度参数，||·||为求取向量模的运算，Δ为饱和函数的线性区宽度，符号上方带两个点表示二阶求导，符号上方带一个点表示一阶求导，i＝(x,y,z)表示三轴平台的三个轴；

S3-1-2、根据公式：

得到当前RBF神经网络的自适应律和当前参数估计的自适应律其中，g_max和g_min分别为当前参数估计的上边界值和下边界值，γ₁和γ₂为不同的自适应学习率；

S3-1-3、将当前RBF神经网络的自适应律和初始RBF神经网络的权值矩阵W相加得到当前RBF神经网络的权值矩阵，将当前参数估计的自适应律和初始的参数估计值g相加得到当前的参数估计值；

S3-1-4、将当前RBF神经网络的权值矩阵和当前的参数估计值带入与步骤S3-1相同的公式进行计算，得到当前自适应滑模控制律；

步骤S3中根据初始插补命令信号和伺服控制器的初始输出结果更新轮廓误差的具体方法包括以下子步骤：

S3-2-1、获取当前参考点R_n，将当前实际位置点P到参考点R_n的距离|PR_n|作为初始最小距离；

S3-2-2、遍历当前实际位置点P与参考点R_n及参考点R_n前R^*个参考点的距离，判断是否存在符合|PR_m-1||PR_m|、|PR_m||PR_n|且|PR_m||PR_m+1|的参考点，若是则获取第一个符合条件的参考点作为当前最近参考点R_m，并进入步骤S3-3；否则判定当前参考点R_n为当前最近参考点R_m，并停止判断且进入步骤S3-4；其中|PR_m-1|为当前实际位置点P到当前最近参考点R_m上一个参考点的距离，|PR_m|为当前实际位置点P到当前最近参考点R_m的距离，|PR_m+1|为当前实际位置点P到当前最近参考点R_m下一个参考点的距离；

S3-2-3、将初始最小距离的值更新为|PR_m|并进入步骤S3-4；

S3-2-4、根据公式：

得到当前的轮廓误差ε_c；其中，ε_x、ε_y和ε_z分别为轮廓误差向量在x、y、z三轴上的分量，|PQ|为实际位置点P到当前最近参考点R_m对应切线的垂直距离，PQ为实际位置点P到当前最近参考点R_m对应切线的垂直向量，(x_m,y_m,z_m)为当前最近参考点R_m的坐标，(ΔR_x,ΔR_y,ΔR_z)为当前最近参考点R_m相邻两个参考点的坐标差值，(a,b,c)为实际位置点P的坐标；

步骤S4中的具体方法包括以下子步骤：

S4-1、根据公式：

得到当前轮廓误差的补偿控制量u_c(k)；其中，k为第k个采样周期，ε_c(k)为第k个采样周期的轮廓误差，ε_c(k-1)为第k-1个采样周期的轮廓误差，K_p、K_i和K_d分别为PID的三个参数；

S4-2、根据公式：

得到当前轮廓误差在X轴、Y轴和Z轴上的交叉耦合增益C_x、C_y和C_z；

S4-3、将当前轮廓误差的补偿控制量分别乘以当前轮廓误差在X轴、Y轴和Z轴上的交叉耦合增益C_x、C_y和C_z，得到当前轮廓误差的补偿控制量的分量。