基于交叉耦合控制的雙軸輪廓加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

張耿, 汪有為

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.奇瑞汽車(chē)股份有限公司，安徽 蕪湖 241000)

0 引 言

在一般多軸機(jī)床系統(tǒng)中，每個(gè)軸是被單獨(dú)的伺服控制回路設(shè)計(jì)成最小化軸向位置誤差。即使用最佳設(shè)計(jì)的伺服算法，這些類型的傳統(tǒng)解耦控制策略也不能夠控制機(jī)床擁有足夠的精度來(lái)滿足新設(shè)計(jì)零件不斷增長(zhǎng)的精度要求。

雙軸輪廓加工系統(tǒng)的電機(jī)按給定的信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)，要求運(yùn)動(dòng)的實(shí)際輪廓與預(yù)期輪廓之間的輪廓誤差控制在相對(duì)小的范圍內(nèi)，以提高數(shù)控加工的精度。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，本文選擇將單軸PID控制和交叉耦合策略同時(shí)應(yīng)用到雙軸控制系統(tǒng)中，以減小直線路徑和圓弧路徑下輪廓誤差[1]。

1 雙軸輪廓加工系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

雙軸輪廓加工系統(tǒng)硬件組成包括上位機(jī)、DSP控制板、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和三相交流電機(jī)。如圖1所示，上位機(jī)軟件可以向DSP控制板發(fā)送預(yù)期的輪廓信號(hào)，并接收來(lái)自下位機(jī)的預(yù)期位置信息以及實(shí)際位置信息。DSP控制板通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器向電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)并能接收電機(jī)的位置反饋。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

圖2為軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖[2]，包含了1個(gè)插補(bǔ)單元、2個(gè)單軸控制單元、1個(gè)交叉耦合的系統(tǒng)控制器以及2個(gè)被控對(duì)象。就本系統(tǒng)而言， 2個(gè)被控對(duì)象就是2臺(tái)三相交流伺服電機(jī)。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

插補(bǔ)單元就是一個(gè)直線路徑或者圓弧路徑的插補(bǔ)器，根據(jù)加工指令的進(jìn)給速度，逼近預(yù)期輪廓。

單軸控制器在本系統(tǒng)中是一個(gè)PID控制器，它所產(chǎn)生的作用是為了減小每個(gè)軸的軸向跟蹤誤差。……