[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

说明书

本发明公开了一种三轴运动平台自适应滑模交叉耦合轮廓控制方法，该方法包括构建并初始化自适应滑模控制器；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；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；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分量；通过当前自适应滑模控制律和当前轮廓误差的补偿控制量分量的叠加作为伺服驱动器的输入来控制三轴运动平台的实际运动。本发明提升了滑模控制器的自适应性和控制策略有效性。

技术领域

本发明涉及机械控制领域，具体涉及一种三轴运动平台自适应滑模交叉耦合轮廓控制方法。

背景技术

现代制造加工技术中，高精度多轴运动控制一直属于研究热点问题，在多轴的轨迹跟踪运动过程中存在两种误差，跟踪误差和轮廓误差。跟踪误差是实际位置到期望位置之间的误差，轮廓误差是实际位置到期望轨迹的距离。对于加工运动来讲，轮廓误差更能反映轮廓加工精度，因此轮廓误差的控制更受到人们的重视。

多年来国内外学者针对轮廓误差控制做了大量的研究。对于降低轮廓误差，传统的策略是减小单轴的跟踪误差，例如PID控制，神经网络，迭代学习控制，滑模控制等。然而在多轴运动系统中，由于各轴之间动态同步性能的不匹配，仅考虑单轴跟踪精度的提高，无法有效减小轮廓误差，因此必须引入多轴的协调机制来有效抑制轮廓误差，目前交叉耦合控制(Crosscoupled control,CCC)是应用最为广泛的方法。交叉耦合的基本思想是利用各坐标轴的给定及反馈信息，建立轮廓误差估算模型，寻求轮廓误差补偿控制规律并将补偿量送给各坐标轴，达到提升轮廓误差精度的目的。交叉耦合控制器主要包括轮廓误差估算和控制补偿策略两个部分。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种三轴运动平台自适应滑模交叉耦合轮廓控制方法解决了三轴运动平台控制过程中跟踪误差较大、适应性差以及有效性低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种三轴运动平台自适应滑模交叉耦合轮廓控制方法，其包括以下步骤：

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。

进一步地，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