[发明专利]三轴运动平台改进型交叉耦合控制装置及方法

摘要

一种三轴运动平台改进型交叉耦合控制装置及方法，其特征在于该装置包括主电路、控制电路和控制对象三部分；主电路包括交流调压模块、整流滤波模块和IPM逆变模块；本发明在三轴协调控制中采用一种轮廓误差估算法，建立三轴轮廓误差模型，改进了交叉耦合控制的结构，设计出三维空间轮廓误差控制器。

主权项

一种三轴运动平台改进型交叉耦合控制方法，其特征在于：该方法采用如下装置实施：该装置包括主电路、控制电路和控制对象三部分；主电路包括交流调压模块、整流滤波模块和IPM逆变模块；控制电路包括DSP处理器、电流采样电路、动子位置采样电路、电压调整电路、IPM隔离驱动电路和IPM保护电路；控制对象为三相永磁直线同步电机，机身装有光栅尺；电流采样电路、动子位置采样电路、电压调整电路、IPM隔离驱动电路和IPM保护电路均与DSP处理器连接，IPM隔离驱动电路和IPM保护电路与IPM逆变模块连接，电流采样电路通过霍尔传感器连接至三相永磁直线同步电机，电压调整电路连接交流调压模块，交流调压模块连接整流滤波模块，整流滤波模块连接IPM逆变模块，IPM逆变模块连接三相永磁直线同步电机，三相永磁直线同步电机上的光栅尺与动子位置采样电路连接；该方法采用一种轮廓误差估算法，来建立三轴运动平台的轮廓误差模型，并将单轴跟踪控制与三轴交叉耦合控制相结合，改进了以往的交叉耦合控制结构，从而保证了系统单轴跟踪精度以及轮廓精度均趋近于零；单轴跟踪控制，单轴跟踪控制采用位置—速度环双闭环控制方式，单轴跟踪控制系统设计；速度环采用具有前馈的伪微分反馈控制器，即PDFF控制器，其控制算法表示为：u=ki∫0t(vd-va)dt+kfvd-kpva---(1)]]>其中kf为前馈补偿增益，ki为积分增益，kp为比例增益；速度环控制输入vd(s)与实际输出速度函数va(s)间的关系为：va(s)vd(s)=G0(s)(kf+ki/s)1+G0(s)(kp+ki/s)---(2)]]>扰动输入ξ(s)与实际输出速度函数va(s)间的关系为：va(s)ξ(s)=G0(s)1+G0(s)(kp+ki/s)---(3)]]>被控对象采用永磁同步直线电机，其传递函数为Gp(s)=KfG0(s)s---(4)]]>其中，G0(s)＝1/(Ms+B)为实际被控对象，Kf为电磁推力系数；位置环采用比例控制器，系数为kx，因此整个单轴跟踪控制系统的传递函数可表示为：xp(s)xr(s)=kx·va(s)vd(s)·1s1+kx·va(s)vd(s)·1s=kxva(s)vd(s)s+kxva(s)---(5)]]>通过设置固定扰动ξ，能够验证系统具有较强的抗干扰能力以及较快响应能力。