滚珠丝杠副的增益模糊自适应双幂次趋近律滑模控制

摘要

为了提高滚珠丝杠副激光切割平台的切割速度控制性能,基于双幂次趋近律滑模和模糊控制原理,提出了一种增益模糊自适应双幂次趋近律滑模控制方法。考虑到滚珠丝杠副存在各种轴向振动与扭转振动,采用集中参数方法建立了滚珠丝杠副运动系统的拉格朗日动力学模型,同时摩擦力的高度非线性对高精度的控制系统存在较大的影响,因此引入了Stribeck摩擦模型估计摩擦力;由于传统双幂次趋近律滑模控制存在抖振,引入饱和函数代替符号函数,在一定程度上抑制了控制系统的抖振;针对传统双幂次趋近律滑模控制的控制增益的动态调整性能不足,即固定增益很难保证激光切割的最佳动态控制效果,分析并建立了激光切割深度、速度与双幂次趋近律滑模控制增益之间的模糊关系,以激光切割深度作为自适应参考依据,采用基于模糊规则表的模糊控制方法自适应调整控制增益,增强了系统的鲁棒性和自适应性;经过与PI控制方法和传统双幂次趋近律滑模控制方法进行仿真实验比较,结果表明本文所提出的控制方法不仅解决了控制系统超调问题,而且提高了系统的响应速度和鲁棒性,有效地削弱了系统的抖振;同时搭建激光切割实验平台,通过在滚珠丝杠副激光切割平台上的激光切割实验,发现最佳的激光切割深度范围为电池片厚度的1/2~2/3,最佳的激光切割速度为200 mm/s。在此基础上,采用PI控制方法、传统双幂次趋近律滑模控制方法和本文所提出的控制方法进行电池片激光切割,实验结果表明,通过对比分析由金相显微镜获得的切割后电池片切缝图像,由本文所提出控制方法所得的电池片切缝平整,验证了本文所提控制方法在激光切割速度控制性能上的优越性。