机电系统精密运动控制基础理论与应用

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1、机电系统精密运动控制基础理论与应用研究团队：姚斌教授、朱笑丛副教授等面向国家高端装备制造和设计需求，围绕机电系统在驱动饱和、非线性与机构柔性、多性能协调等情况下实现快、精、稳运动控制的难题，系统地提出了机电系统高性能精密运动控制的基础理论体系和可实施的控制器应用设计与方法。提出基于受限优化的模型补偿ARC理论体系，通过实时参考轨迹规划与初始条件再匹配的外层任务规划控制器和非线性模型补偿的内层轨迹跟踪控制器的分层设计，提供了系统在各种实际约束（如动力学约束、驱动饱和、状态物理受限、高频柔性等）下高动态高

2、精度控制实现的方法；提出基于全局任务坐标系的精密轮廓运动控制方法，解决了多轴直驱系统精密协调控制中高速高精度大曲率轮廓运动控制问题；提出基于动态推力分配的ARC协同控制方案，突波了多轴系统轴间内力对运动性能提升的限制问题。提出基于μ-synthesis的ARC控制策略，提升了具有高频柔性的机电系统可实现的动态响应和控制精度。ARC控制框图非线性鲁棒反馈C1未考虑实际约束的ARC,C2滑模控制C3Lead-lag控制,C4质量参数取名义最大值的受限优化ARC,C5质量参数自适应的受限优化ARCCons

3、trainedoptimizationbasedadaptiverobustcontroltheoryNonlinearcompensationandhighprecisioncontrolofdirect-drivesystems基于受限优化的模型补偿ARC理论体系直驱传动系统非线性建模补偿与高性能控制0.4柔性控制0.20tipposition(m)051015200.4无柔性控制0.20tipposition(m)C1：基于局部任务坐标系的ARC控制器05101520C2：基于全局任务坐标系的AR

4、C控制器time(s)0.01跟踪误差对比柔性控制0(m)deflection-0.0122.533.544.55C3：传统运动补偿控0.01制器无柔性控制0C4：协同推力分配控(m)deflection制器-0.01控制输入对比22.533.544.55HighprecisiontiptrackingcontrolofflexiblesystemsCoordinatecontrolofmulti-axissystemSynchronouscontrolofdual-drivestage高频柔性系统的末

5、端跟踪控制多轴系统精密协调控制双驱系统精密协同控制研究成果发表在Automatica、IEEETransactionsonIndustrialElectronics、IEEE/ASMETransactionsonMechatronics、IEEETransactionsonControlSystemsTechnology、IEEETransactionsonRobotics等重要国际期刊;在直驱传动系统、气动系统、电液系统、机器人系统等重要机电系统的整体控制设计开发中得到成功应用;获ASME/DS

6、CD最佳会议论文奖1项。BasicTheoriesandApplicationsofHighPrecisionMotionControlofMechatronicSystemsAroundthedifficultiesinrealizinghighprecisionmotioncontrolwithfastresponse,accuratetrajectorytrackingorpositioningandstabilityguaranteesundervariouspracticalconstrain

7、tsorrequirementssuchasactuatorsaturation,nonlinearitiesandflexibilityduetomechanicalstructure,coordinatecontrolwithmulti-performancesetc.,abasicframeandpracticalimplementationofconstrainedoptimizationbasedadaptiverobustcontroltheorywithmodelcompensationw

8、asproposedsystemically.ResearchachievementshavepublishedonseveralimportantinternationaljournalssuchasAutomatica、IEEETransactionsonIndustrialElectronics、IEEE/ASMETransactionsonMechatronics、IEEETransactionsonControlSystemsTe