基于混合驱动的大行程快速刀具伺服设计与控制

摘要

为获得高精度大行程快速刀具伺服(Long-range fast tool servo, LFTS)系统,以柔性铰链为运动导向机构,提出一种基于洛伦兹电磁力与压电混合串联驱动的LFTS系统构成策略。对于该混合驱动,基于洛伦兹力的音圈电机用于实现大行程运动,而高频响压电则对其进行高精度动态补偿。针对压电驱动,为提高系统输出刚度及寄生运动抑制能力,提出一种改进的具有完全对称构型的桥式柔性放大机构。两种驱动的垂直布置构型及压电驱动的完全对称性有效降低了驱动间动力学耦合。基于试凑法和智能优化算法,结合机?电?磁理论模型分别优化获得了音圈电机及压电驱动系统关键参数,并采用有限元仿真验证了设计的正确性。为获得高精度运动跟踪,提出音圈电机开环逆动力学控制及压电驱动闭环补偿LFTS整体运动误差的控制策略,借助所辨识系统动力学模型最优设计了相应控制器。最终,通过试验样机开闭环性能测试,验证了系统设计与控制策略的有效性。