第5期 2017年5月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)05008104
DOI: 10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 05. 021
二轴伺服系统轮廓误差的控制研究
吴飞，刘满，高尚，詹洁
（武汉理工大学机电工程学院，武汉430070）
No.5 May2017
摘要：传统解决轮部误差的方法并没有从根源上解决轴间的相互影响而引起的不同步。通过设计双轴的变增益交文耦合控制器，把变增益交藕合控制应用到双轴进给伺服运动控制系统中，利用其在任何路径下都可以改善轮误差的优点，提高双轴进给伺服系统间因为各轴动态特性不匹配及负载扰犹动情况下的轮廊控制精度。搭建X-Y双轴交流伺服系统的试验平台，基于该平台对轮廊误差及算法进行研究，建立数学模型进行仿真分析与实验分析，结果表明该方法能显著提高轮师精度，可以用于中小型高精度专用机床的开发，
关键词：运动控制：轮廊误差；变增益交文揭合：伺服系统
中图分类号：TH165;TG659
文献标识码：A
Control of Two-axis Servo System Contour Error
WU Fei,LIU Xiao, GAO Shang,ZHAN Jie
( School of Mechanical and Electrical Engineering , Wuhan University of Technology , Wuhan 430070 , China) Abstract: Traditional methods of solving contour errors do not solve the problem of synchronization caused by the mutual influence of the axes. By designing a variable-gain cross-coupling controller, the variable-gain cross-coupling control is applied to a two-axis feed servo motion control system, which can improve the con-tour error in any path, Servo system because of the dynamic characteristics of each axis does not match the load and the case of disturbance under the contour control accuracy. The experiment platform of XY dual axis AC servo system is built. Based on the platform, the error and algorithm of contour are studied. The mathe-matical model is established to simulate and analyze. The result shows that this method can improve the con-
tour accuracy, and it can be used for small and medium-The development of machine tools. Key words; motion control; contour error; variable gain cross-coupling; servo system
0引言
现代制造加工技术中，保证精密的轮师加工非常重要]。为了能够实现高性能的轮廊加工，系统驱动器、运动控制器、切削工具等方面都需要涉及。面其中最重要的部分是高性能的轮廊控制器。因此，对精密轮廓运动控制系统的研究，能够满足精密轮呢加工，具有重要的现实意义和应用前景
为了提高多轴的加工精度，在经典控制算法PID 之外，许多学者在交叉耦合控制器参数整定时引进了许多先进的控制理论。如1995年Koren与Jee]将 CCC与模糊逻辑控制器结合起来，A.J.Crispin[34]等提出了基于神经网络的交叉耦合控制方式，该控制方式具有启发式的学习功能，并对实际的控制模型有较高的适用性，但该控制算法比较复杂，在实际应用中难以实现华中科技大学的孙开珊"将交叉耦合控制方式与神经网络的参数整定法相结合，并在三轴数控系统上进行了仿真。合肥工业大学的肖本贤“博士利用模糊控制和神经网络理论，将交叉耦合控制器同干扰器相结合，进而改善了系统的动态性能。此外，还有学者对模型参考
收稿日期：20160904；修回日期：20160930
自适应控制、遗传算法等一些现代控制方法进行了研究，来对传统的交叉耦合算法加以优化。但是，这些理论性的提出大都是在仿真层面上得以实现，很少注意到该理论算法的实际运用效果。控制器在低速和较小的轮曲率时可以得到很好的控制精度，在高速和大曲率的加工环境下，其补偿效果会有所下降。
传统解决轮呢误差的方法并没有从根源上解决轴间的相互影响而引起的不同步，本文从耦合控制策略人手直接降低轮呢误差，通过设计双轴的变增益交叉耦合控制器，有效提高伺服系统的轮廊加工精度。对这种轮呢误差的预补偿策略进行了对比仿真分析，通过仿真结果验证该了算法的有效性，为试验平台的调试以及算法的实现打下了基础。通过试验对轮即误差补偿的测试分析，探究该算法在实际加工过程中的运用效果，这对中小型高速精密数控机床的研究具有较强的理论指导以及现实意义。
二轴伺服系统建模
本试验平台所搭建的龙门铣床数学模型是一个较为复杂的模型体系，如图1所示，需要对模型中的各个部分
*基金项目：国家自热科学基金项目（51275372）
作者简介：吴飞(1973—），男，武汉人，武汉理工大学副教投，研究领域为数控技术、运动控制分析、机械报动分析，（E-mail)396119788@q9-cm。万方数据