氣浮大理石平臺運(yùn)動直線伺服系統(tǒng)的控制
對于氣浮大理石平臺伺服系統(tǒng)而言,理想的情況下控制策略能使輸出零延遲、零超調(diào)的反映輸入指令,即輸出跟蹤輸入指令的變化。但實(shí)際系統(tǒng)由于上述擾動的存在不可能使輸出復(fù)現(xiàn)輸入指令,這就需要根據(jù)伺服系統(tǒng)的實(shí)際情況選擇合適的控制策略,并在控制系統(tǒng)的魯棒性與精度之間取得平衡。
直線伺服系統(tǒng)無中間傳動環(huán)節(jié),利用直線電機(jī)直接驅(qū)動定位運(yùn)動機(jī)構(gòu)。在這種情況下,各種擾動因素不經(jīng)過傳動環(huán)節(jié)“過濾”,直接作用到直線電機(jī)動子上,而傳動環(huán)節(jié)由于彈性變形的存在 程度上能夠起到減弱和干擾的影響。因而失去了傳動環(huán)節(jié)的“過濾”作用,氣浮大理石平臺直線伺服系統(tǒng)在控制上的難度要比旋轉(zhuǎn)電機(jī)伺服驅(qū)動系統(tǒng)大。直線伺服系統(tǒng)控制的重要難點(diǎn)就在于如何系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各種擾動因素。
以PID為代表的經(jīng)典控制算法在運(yùn)動控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛,具有算法簡單、良好的可配置性、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。PID控制也成為了運(yùn)動控制系統(tǒng)中 基本的控制形式。雖然在、高加速度運(yùn)動系統(tǒng)中,單純靠PID控制器難以達(dá)到運(yùn)動性能指標(biāo),但通過加入具有針對性的補(bǔ)償、校正等環(huán)節(jié)后,可以顯著 PID控制器的性能,包括響應(yīng)速度、定位精度、跟蹤誤差等。
1)干擾補(bǔ)償
提高系統(tǒng)抗干擾性能的一種 設(shè)想就是:采取具有針對性的校正措施,使得干擾對系統(tǒng)的影響 補(bǔ)償,從而實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)對干擾具有不變性。干擾補(bǔ)償是在 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不變性的 辦法,其實(shí)質(zhì)是利用干擾來補(bǔ)償干擾,即直接或間接測量出干擾信號,并經(jīng)過適當(dāng)變換之后作為附加校正接入系統(tǒng)。Takaji對兩自由度控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形,得出了目前應(yīng)用廣泛的干擾觀測器結(jié)構(gòu),并給出了干擾觀測器參數(shù)確定的一般公式?;诖耍刂评碚摻缣岢隽嘶诟蓴_觀測器的干擾補(bǔ)償器,它可以使系統(tǒng)對于外界擾動具有較強(qiáng)的魯棒性。但是干擾觀測器也有其局限性,如對變化范圍過大的參數(shù)不確定性和非連續(xù)干擾的效果欠佳。
2)前饋校正
通過在反饋控制系統(tǒng)中引入前饋校正,不僅可以 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能,而且還可以 系統(tǒng)的動態(tài)性能。分析其等效閉環(huán)傳遞函數(shù),可以看出前潰校正引入了系統(tǒng)零點(diǎn),因此具有擴(kuò)展頻帶,提高響應(yīng)速度的作用。Tomizuka提出了零相誤差跟蹤器(ZPETC)這種前饋控制器算法,這種控制策略的原理是零極點(diǎn)對消,即反饋環(huán)節(jié)的所有極點(diǎn)和零點(diǎn),由于ZPETC原理較為簡單,容易實(shí)現(xiàn),因此也在控制系統(tǒng)中 廣泛應(yīng)用。但是同干擾觀測器一樣,ZPETC也存在一些缺點(diǎn),比如在高頻段會有前饋增益現(xiàn)象,因此ZPETC通常與零相低通濾波器結(jié)合使用,保持ZPETC零相誤差的同時了高頻段的增益。
3)非線性補(bǔ)償
對于通常的的直線伺服系統(tǒng),固有的非線性干擾因素主要還是是導(dǎo)軌產(chǎn)生的摩擦力。摩擦力是一種非常復(fù)雜的非線性現(xiàn)象,且難以準(zhǔn)確量化。基于摩擦力建模進(jìn)行補(bǔ)償成為了 基本也是應(yīng)用 為廣泛的補(bǔ)償方法。隨著摩擦學(xué) 的深入,先后出現(xiàn)了多種摩擦力模型,包括以經(jīng)典模型為代表的靜態(tài)摩擦力模型,以及以Dahl模型為代表的動態(tài)摩擦力模型,其中,基于經(jīng)典模型的摩擦力補(bǔ)償應(yīng)用 為廣泛。由于靜態(tài)摩擦力模型沒有考慮摩擦力的動態(tài)特性,如變化的突變力,預(yù)滑動狀態(tài)等,在定位精度要求較高的運(yùn)動控制中難以滿足性能需求。因此動態(tài)摩擦力模型日益受到重視,其中LuGre模型從Dahl模型發(fā)展而來,能 為準(zhǔn)確和 的描述摩擦力特性,《空氣靜壓導(dǎo)軌靜態(tài)性能的解析計算及分析》提出了一種基于狀態(tài)觀測器的LuGre模型建模和參數(shù)估計方法。直線電機(jī)的力波紋和齒槽力也會給系統(tǒng)帶來非線性干擾, 文獻(xiàn)中提出了基于離線經(jīng)驗(yàn)?zāi)P偷牧Σy前潰補(bǔ)償。
除了上述常見的校正和補(bǔ)償外,針對系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的機(jī)械幾何誤差、熱效應(yīng)誤差,可以預(yù) 行誤差建模,或通過安裝相關(guān)傳感器測量的方法 系統(tǒng)的誤差值,再通過其他相應(yīng)的方式進(jìn)行補(bǔ)償。
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