基于全局任务坐标系的二轴电液系统轮廓控制

将基于正交全局任务坐标系(GTCF)的非线性自适应鲁棒控制(ARC)方法扩展应用于二轴电液系统的轮廓运动控制,以解决精确轮廓控制的难题.构造二轴电液系统在笛卡尔坐标系下的非线性动力学模型,并将该模型坐标变换于正交全局任务坐标系中.针对此变换后得到的强耦合非线性动力学模型及其中存在的参数不确定性、不确定非线性和建模误差,利用非线性自适应鲁棒控制方法综合二轴电液系统的轮廓运动控制器.该控制器可以灵活地调整轮廓控制刚度与跟踪控制刚度,可在保证系统稳定的前提下尽可能地提高轮廓控制的性能.将所提控制方法与基于交叉耦合的自适应鲁棒轮廓运动控制方法进行对比实验,结果表明,所提方法即使在单轴跟踪误差较大的情况下仍然实现了更为精确的轮廓控制,在实验条件下轮廓误差的均方根值在15μm以内,表现出良好的轮廓控制性能与协调性.

基于全局任务坐标系的直驱XY平台学习互补滑模轮廓控制

针对直驱XY平台在加工高速度和尖角轮廓时精度较差的问题,提出一种在全局任务坐标系(GTCF)中采用迭代学习控制(ILC)和互补滑模控制(CSMC)相结合的轮廓控制方法。首先,利用实际轮廓误差的一阶导数构建轮廓误差模型,并将轮廓误差和轮廓运动轨迹作为控制变量建立GTCF,使系统能够协调运行。然后,采用ILC对轮廓跟踪过程中的未建模动态进行补偿,并利用CSMC抑制直驱XY平台伺服系统中参数变化、外部扰动等不确定性因素的影响。最后,系统实验结果表明,该控制方法具有较强的鲁棒性和快速的轮廓跟踪性,能够实现更精确的控制性能,减小系统的轮廓误差,进而改进直驱XY平台伺服系统的高精度轮廓加工性能。

局部任务坐标系下的轮廓运动控制研究

针对直线电机平台轮廓运动精确控制的难题,提出一种基于局部任务坐标系(LTCF)的自适应鲁棒控制(ARC)方法。通过坐标变换阵T将所建立的动力学模型变换到LTCF中,实现在笛卡尔坐标系下跟踪误差的解耦。利用自适应鲁棒控制器对建模误差的实时补偿,使系统快速稳定并保持较好的系统鲁棒性。将所设计控制方法与基于交叉耦合(CCC)的自适应鲁棒轮廓运动控制方法进行对比仿真实验,结果表明,所提控制方法具有更好的轮廓控制性能。

基于任务坐标系的液压机四角调平控制

针对液压机滑块的四角调平电液系统,提出了一种基于空间任务坐标系的控制方法。分析滑块与调平缸的运动关系与空间位置关系,从而建立坐标转换矩阵,将液压机滑块四角的直线位移坐标转换为滑块中心位移与倾角组成的任务坐标,在任务坐标空间内设计了基于调平力偏置非线性前馈补偿的滑块跟踪运动PID控制器,并且直接针对滑块的倾角设计了调平PID控制器,针对不同控制目标的控制参数是独立调节、互不影响的。设计了基于调平力偏置的预加速过程,以缓解滑块与调平缸接触时的冲击。最后,在25000 kN玻璃钢液压机上对所提控制方法的有效性进行实验验证。实验中,调平缸分别定位于平面矩形的四角,矩形尺寸为3550 mm×2900 mm。实验结果表明:使用基于任务坐标系的四角调平控制方法后,液压机滑块绕坐标轴x、y的旋转倾角分别被控制在0.0032°和0.0045°以内,各调平缸的位移偏差不超过0.45 mm。

轮廓误差补偿算法研究

针对轨迹跟踪的轮廓误差补偿算法的缺陷,研究了交叉耦合控制算法、局部任务坐标系、全局任务坐标系等控制算法,进行了详细的理论计算与推导.以两轴联动装置作为研究载体,对这两种补偿算法在交叉耦合控制领域的应用进行了深入对比分析与探讨.基于Matlab/Simulink进行了计算机仿真,结果显示,在低速圆形轮廓跟踪下局部任务坐标系算法效果良好,而在高速和大曲率的椭圆轮廓轨迹跟踪下,全局任务坐标系算法比局部任务坐标系算法具有明显优势.

笛卡尔空间机械手间接轮廓运动控制

针对笛卡尔空间机械手的轮廓运动控制问题,提出了一种具有双闭环结构的间接轮廓运动控制方法。外环为笛卡尔空间运动学控制策略,首先将期望轮廓的Frenet标架定义为任务坐标系,然后机械手运动学的误差动态方程被转换到该任务坐标系内,跟踪误差向量被解耦为切向误差向量和法向误差向量,设计外环控制器,分别配置切向误差和法向误差动态特性,为内环提供速度给定信号;而内环为关节空间的速度伺服环。数值仿真显示这种控制结构具有良好的性能。

工业机器人校正技术及软件设计

机器人末端执行器准确到达预先指定位姿的能力是其重要的技术指标之一,而机器人位姿误差校正补偿技术正是提高机器人位姿精度的有效方法.本文采用机器人位姿误差局部校正方法,建立了机器人工作空间位姿转换矩阵及误差模型.以AdeptOne机器人为对象,利用光电检测手段,自行设计研制了机器人平面位置误差校正软件.所设计的软件经运行安全、可靠、有效,可以为机器人校正分析和离线编程技术提供误差补偿数据库.