基于前饋控制的數(shù)控伺服系統(tǒng)控制方法研究

朱凌云　吳婷　康長樂　楊璐源　江勇程　周成

摘 要：針對數(shù)控伺服系統(tǒng)的控制過程中存在的問題，為減小復雜曲線曲面加工的輪廓誤差，提出基于前饋控制的伺服控制方法。首先推導和構(gòu)建了前饋控制器的傳遞函數(shù)，然后分別采用傳統(tǒng)的PID控制方法和前饋控制+PID控制方法對數(shù)控機床的伺服控制系統(tǒng)進行仿真驗證。實驗結(jié)果表明所提出的方法能夠有效地提高系統(tǒng)的跟蹤精度，從而間接提高數(shù)控系統(tǒng)的輪廓加工精度。

關(guān)鍵詞：前饋控制；伺服系統(tǒng)；PID控制

引言

隨著先進制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)對復雜曲線曲面零件加工提出更高的加工精度要求[1]。復雜零件在加工過程中需要采用高精度的多軸數(shù)控運動系統(tǒng)來實現(xiàn)高性能的輪廓加工，以獲得良好的加工質(zhì)量，零件在數(shù)控加工過程中， 一般存在跟蹤誤差和輪廓誤差兩種誤差。跟蹤誤差是指實際位置與實際位置之間的距離；而輪廓誤差是指實際位置到期望輪廓之間的最短距離。這兩種誤差對數(shù)控加工精度產(chǎn)生較大的影響[2]。

國內(nèi)外一些研究人員主要從跟蹤誤差方面進行研究，以減小單個軸的跟蹤誤差，從而間接地提高輪廓加工精度。Park等[3]采用零相位誤差跟蹤控制器進行控制，Zhao等[4]提出將零相位跟蹤控制器和干擾觀測器相結(jié)合的魯棒跟蹤控制方法，能夠有效地提高系統(tǒng)的跟蹤精度。Liu等[5]采用H∞魯棒控制方法對直線電機驅(qū)動十字滑臺進行控制，實現(xiàn)高精度跟蹤控制。這些方法均能夠有效提高伺服系統(tǒng)的性能，但是控制算法比較復雜，對于嵌入式實時系統(tǒng)難以滿足實時性要求。

1 前饋控制

為了提高輪廓加工精度，在反饋控制的基礎(chǔ)上，采用前饋控制提高位置伺服系統(tǒng)的跟蹤性能。前饋控制是一種基于復合控制模式的控制方法。當閉環(huán)系統(tǒng)為連續(xù)系統(tǒng)時，使前饋環(huán)節(jié)與閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)之積為1，從而實現(xiàn)輸出完全重現(xiàn)輸入。

3 結(jié)束語

針對數(shù)控加工過程中伺服系統(tǒng)所采用的傳統(tǒng)控制方法存在較大的跟蹤誤差等問題，提出一種基于前饋控制的位置伺服系統(tǒng)控制方法，構(gòu)建了前饋控制器的數(shù)學模型，并對前饋控制器進行設(shè)計和實現(xiàn)，然后分別采用傳統(tǒng)的PID控制方法和前饋控制方法進行仿真實驗。實驗結(jié)果表明所提出的方法能夠有效地提高伺服系統(tǒng)的跟蹤性能，從而間接提高系統(tǒng)的輪廓加工精度。

參考文獻

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[4]趙希梅，郭慶鼎.為提高輪廓加工精度采用DOB和ZPETC的直線伺服魯棒跟蹤控制[J].電工技術(shù)學報，2006，21（6）：111-115.

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