高速进给的自适应滑模控制器设计

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1、高速进给的自适应滑模控制器设计高速进给的自适应滑模控制器设计赵博,吴波(华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510663)AdaptiveSlidingModeControllerDesignforHigh——speedDrivesZHAOBo,WUBo(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510663,China)摘要:数控技术的发展要求伺服进给系统具有高带宽,强的扰动抑制能力和鲁棒性,以取得高精度的轨迹跟踪性能.设计了一种具有鲁棒性的自适应滑模控制器,

2、利用一阶共振陷波滤波器抑制系统的共振,同时在控制环中加入摩擦前馈补偿,提高进给运动反向时的精度.最后通过实验和仿真比较了各种控制策略的优劣,验证了提出的带有摩擦力前馈补偿和陷波滤波器的滑模控制策略不仅可以获得高精度的加工轨迹,而且具有良好的抗干扰性和鲁棒性.关键词:精度跟踪;滑模控制;自适应;摩擦前馈补偿中图分类号:TP273;TP391文献标识码:A文章编号:1001—2257(2012)01—0057—04Abstract:ThedevelopmentofCNCtechniquerequiresservofeedsystemwithhighbandwideandRobust.On

3、eadaptiveslidingmodecontrollershavebeendesigned.Notchfilteringofthefirstresonantmodeisalsoinvestigatedasapracticalalternativetoactivevibrationcontro1.Feedforwardfrictioncompensationhasbeenadded,toimprovethecon—touringperformanceatcirculararcquadrantsandsharpcorners.Theproposedcontroltechniquesh

4、avebeenvalidatedinsimulationsandhighspeedtrackingandcontouringexperiments.Keywords:accuratetrackingcontroller;slidingmodecontrol;adaptive;feedforwardfrictioncom—pensation收稿日期:2011—0g—O8《机械与电子32012(1)0引言随着高精度复杂型面零件数控加工的不断增长,零件轮廓精度已成为CNC系统的一个重要精度指标.数控技术的发展对伺服进给系统的快速性和精度提出了很高的要求,以取得较小的跟随误差,进而取得高的轮

5、廓运动精度.通常数控系统的位置闭环控制采用常规P或PD控制算法,靠提高增益来拓宽频响带宽,这可能导致激励系统的非建模特性,甚至系统的振荡,因而在实际应用中受到很大的限制,无法满足快速跟踪指令信号的要求.伺服系统输入输出之间具有传递时延和惯性,而常规控制器仅使用当前和以前的控制输入信号,这使得控制输人不能立即在输出表现出来,从而产生跟随误差.因此提出一种包含自适应滑模控制,摩擦前馈补偿和陷波滤波器的控制器来获得高速进给下的精确进给运动.1滑模控制器设计自适应滑模近代制器的控制结构框图如图1所示.自适应滑模控制具有固有的前馈和积分控制环节,因此可以获得稳定的和高质量的轮廓轨迹跟踪性能.一

6、阶共振模态的陷波滤波器来作为抑制伺服系统共振的一种实际可行的控制方法.滑模控制的最初的观点是由Utkin提出的Ⅲ,在滑动面附近需要不停变换位置的一种不连续控制J孽I察1i懒力{一荨甄-画一一…～图1自适应滑模控制器?57?算法,是～种应用于线性与非线性系统的鲁棒控制方法,对于线性控制对象,其非线性表现为控制的不连续性;对于非线性系统对象,则包括对象的非线性动力学模型和控制的不连续性两方面.由于变结构系统中的滑动模态具有不变性,即它和系统的摄动性与外界干扰无关.自适应滑模变结构控制是滑模变结构控制与自适应控制的有机结合,是一种解决参数不确定或时变参数系统控制问题的一种新型控制策略_2]

7、.中滑模控制算法可以采用下面的线性结构:一直c氅?筹卺畿,其中,和分别为滚珠螺杆的参考和测量角度值.J一J/(K.K)(V/(rad/s.))和B一B/(KK)(V/(rad/s))为控制信号等效惯量和粘滞阻尼值.(rad/s)为系统期望频带宽,一(一)+(一)为与滑模面位置和速度状态误差的偏差值.K>0为反馈增益,确保Lyapunov稳定性,为预测等效扰动.2陷波滤波器设计数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统,通过对抽样数据进行数学处理来