多轴联动伺服系统定位末端抖振抑制技术

摘要

多轴联动伺服系统凭借其优越的性能被广泛应用在现代制造业中，负责连接伺服电机与执行机构的机械传动设备并非理想的刚体，会在驱动过程中激发末端抖动。这一问题在多轴联动之中更为明显，不仅在点对点定位使定位精度下降，而且在轨迹跟踪中也产生不可避免的轮廓误差。因此，研究多轴联动伺服系统末端抖振解决方法具有很大实际意义。本文建立双惯量下的多轴统筹运动系统模型，对该系统存在的末端残余抖振问题进行研究，利用单轴下的被动抖振抑制策略来消除残余振动，然后应用交叉耦合控制补偿轨迹畸变，来实现多轴系统的末端抖振消除的最终目的。
　　本文首先进行理论分析和数学建模：第一，搭建X-Y运动控制模型，分析了两轴统一联动控制下的跟踪误差和轮廓误差的关系，不同于单轴系统追求高性能来缩小各轴系的绝对误差，多轴运动控制需要对运动轨迹或者加工件外形有要求，进而得到了缩小轮廓误差和通过提高各个单轴的性能来减小跟踪误差并没有直接的关系的结论。第二，对抖振问题进行分析，虽然运动轨迹存在耦合，但是抖振频率相对独立，为解决多轴联动下抖振问题提供了解决思路。
　　根据抖动频率相对独立的特点，本文采用单轴下的抖振抑制手段进行消除残余振动。随之，对比分析陷波滤波器与输入整形器对于抖振抑制的有效性和鲁棒性，以及参数配置。通过仿真和实验验证了单轴下的抖振抑制手段的有效性，但是却发现抖动抑制策略不可避免的为系统带来了延时问题，在多轴联动控制系统中，由于各轴系的参数不能完全相同，其滞后时间也是不同的，这一现象为多轴系统的轨迹跟踪产生了畸变，造成了额外的轮廓误差。
　　针对不同延时造成的额外的轮廓误差，本文采用了交叉耦合控制来补偿单轴下的抖振抑制手段引起的轨迹畸变。最后在X-Y运动平台上，通过对典型的线性轨迹和圆弧轨迹跟踪效果，复现了多轴联动的末端抖振现象和延时作用下的运动估计畸变，并验证了基于交叉耦合控制补偿策略的多轴联动下的末端抖振抑制策略。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 多轴联动下的末端抖振分析

2.1 弹性负载下运动平台数学模型

2.2 X-Y运动平台的轮廓误差分析

2.3 末端抖振对多轴联动运动轨迹的影响

2.4 本章小结

第3章 陷波滤波法与输入整形法对比研究

3.1 基于陷波滤波器的末端抖振抑制技术

3.2 基于输入整形器的末端抖振抑制技术

3.4 末端抖振抑制对多轴联动运动轨迹的影响

3.5 本章小结

第4章 基于交叉耦合的轮廓误差补偿

4.1 交叉耦合控制器

4.2 多轴联动下的交叉耦合算法

4.3 本章小结

第5章 多轴联动下末端抖振抑制实验

5.1 测试平台和实验内容

5.2 陷波滤波器与输入整形器对比实验

5.3 X-Y运动平台下的末端抖振抑制

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢