英文翻译-跟踪控制和参考轨迹生成的lom系统

跟踪控制和参考轨迹生成的LOM系统YLIU,CLI,DWANGANDXGUO国家模具CAD工程研究中心、上海交大、上海200030,中国一种改进轮廓精度被获得于对轨迹跟踪控制器的介绍和在LOM系统的轨迹生成中。定位系统的模型已发展成为设计跟踪控制器的依据。一个零相位误差跟踪算法控制器本文被用来消除单轴证明，因此减少了轮廓误差。这样交叉耦合控制器被引进用于为了进一步降低由于双轴匹配的轮廓误差，对二维参考轨迹以及随后的定位系统离线生成的方法的提出，运用一个MATLAB模型建立仿真并得到了满意的结果。关键词轮廓误差LOM跟踪控制轨迹生成1、介绍LOM技术被广泛用于工业。它使得一个制造商可以开发一个模型或者直接原型从CAD计算机辅助设计在很短的时间内。这大大降低了设计时间和产品进入市场的时间。因此,LOM技术已被主要用于设计概念化，装配的验证和仿真1。LOM应用技术发展仅仅从原型到功能部件，精确的几何制造在更短的时间内成为一个重要的问题。LOM应用情况，这取决于参考轨线的生成和跟踪控制,以及对机器的加速性能。此外,轮廓误差产生的建立过程实质上是由于XY定位误差,其中涉及的伺服机制分配和跟踪控制算法。本文的重点将特别以跟踪控制为主导和参考轨迹生成在LOM系统中。对性能的评价所提出的方法,使用MATLAB模型基础上建立模拟仿真对LOM机械进行改造在KINERGY新加坡动力机械有限公司。2、LOM技术21LOM过程描述LOM过程在制造纸业是一个叠层制造技术，这个过程开始使用的是计算机辅助设计CAD软件设计了一个边界面模型的部分。先进的CAD模型,然后转换成接近表面该模型的三角网格的STL文件。在Z轴方向上的坐标命令STL模型切成一连串的水平层，为每一层的边界定义为轮廓即TOOLPATHS，然后边界的信息被下载到本机。22机械描述LOM机器的核心部件是XY龙门定位器,这是专为高速、高精度的激光切割的。图1显示的是一个XY龙门定位的ZIPPYI系统，是由新加坡的KINERGY机甲开发，镭射头固定在滑块的轴心Y，龙门定位器驱动XY激光器沿纸的外轮廓轨迹人机。根据执行过程中产生的切片轮廓来进行动作的。一旦一层是建立起来了，平台向下移动一纸厚度沿Z方向和另一层被搁在滚筒的纸形成下一层然后依次,到最上面的一层。3、模型的定位系统和它的控制器结构31直流伺服电机驱动模型在我们的研究框架中，定位系统是一个线性的OPENFRAME采用高精度XY表和直流伺服电动机的滚珠丝杠。合适的前负荷被应用于一个滚珠丝杠来维持高刚度、不反弹。两个增量编码器直接耦合到伺服电机,并且用于速度和位置反馈。直流伺服电机驱动的动态EQ可以降低EQ2。1根据示意图如图2。（1）TKTIAAAABDIVRILKTLEDTBJTVAV电枢电压IAA电枢电流RA绕抵抗LAMH电感绕组KBV/RAD/S电压KTNM/A转矩常数JEKGM2等效转子惯性矩RAD/S电机转速BNM/RAD/S阻尼TLNM负载转矩包括摩擦扭矩（2）MKSVT11MKWSVTEATMABTBJR,BRKBK32控制器结构图3显示的基本原理提出的XY定位跟踪控制结构体系的情况。为了弥补添加的动力响应增加了一种跟踪的前馈补偿器并强加适当的跟踪在新的参考输入XRK和实际输出XK之间。在轴控制器中添加一个前馈补偿器可以提高系统单轴的的响应速度，从而弥补了这一路径跟踪中每个轴误差，但这并不能减少合成轮廓误差由于1在AXIALLOOP参数中不匹配,（2外部干扰和3轮廓在非线性轨迹和角落3、4,因此介绍另一个协调补偿器。如图1、落在X轴的载荷大于Y轴，此外,在LOM应用中,激光运动轨迹大多是非线性的,涉及到许多难点。所有这些因素对轮廓控制都有有害影响的。为了进一步减少由于非线性轨迹和轮廓角两参数不匹配引起的的轮廓误差，正如我们所知道的轮廓误差的重要性超过了偏差,一个非门控制器CCC被使用了。通过国家强制性“CCC”安全,首先被提出时KOREN5。主要思想是建立真正时间内的轮廓误差模型,在一种基于反馈的信息从两个轴以及轨迹发生器,找到一个最佳的补偿法,然后反馈校正信号给轴。交叉耦合控制器的包括两个主要部分1、实时轮廓误差模型。2、一种控制律。一般来说,实时轮廓误差补偿的性价比高但是非常困难。在本文中,实时的轮廓误差补偿技术所称6被应用于估计轮廓误差的大小和为每个轴确定补偿元件图4显示了控制器的X轴结构的细节Y轴控制器的结构是相似的。图4中,AX代表了放大器增益、KV代表了切削模拟速度增益、KPX是离散的位置反馈增益。给出了输入UXK对速度环和位置输出XK之间的离散的传递函数（3）01XBZGZUPX0K1BTP,AKX1B1PTAPEATXTVMAXXMLAP2全比例和衍生产品收益被选为精密地阻尼闭环行为，而不考虑获得CCC补偿,给出了相应理想输入XRK和实际位置输出XK之间的闭环传递函数,（4）11RPXBZGKA21110RPX123PXOPX1ZBBZGKAKBZGRZ1有两个复杂的共轭两极和一个负向相近ZPLANE起源的正极在前馈补偿器TXZ1补偿闭环传递函数GRZ1和强加一个更快的跟踪信号。然而,由于零的GRZ1Z1082都是负面的，它不应该被取消,否则,就会导致轻度阻尼振荡输出。以确保良好的跟踪性能没有取消该闭环零,零相位误差跟踪控制器本文提出了一种基于李明隆7的语境中焊接的应用。在文献8,补偿器TXZ1取消规定动力学定义为AZ1和在任何稳定零点BZ1。也适用于一个前馈动态规模的因素零相位误差,保证参考输入位置XDK和实际位置XK。在这种情况下,跟踪补偿2BZ1器将会被提供（5）112310PX0PX11X22PX0BZZKBZAZTB补偿作用是可实现的，因为所需的输入序列XDK,特别需要指出的是,超前两步的价值可提前做好。于是,在瞬间KT,前馈控制行动将会在很大程度上取决于超前两步XDK，（6）1120PX0PXRDPX0BZZKBZ13XKK2传递函数7的参考轨迹之间的输入XDK和工厂产量XK没有CCC补偿表明工厂产量是一个移动的平均单位的期望轨迹与稳态增益。（7）1100FBZBZGZ传递函数之间的工厂产量XK及EX从CCC也是GRZ1。当考虑CCC补偿，这个工厂产量被提出，（8）1121000DPXX123PXP1BZZZBXKKKEKKBZ4。参考轨迹生成跟踪控制不像计算机数控CNC技术,根据几何信息提供,用的是线性的,圆形的,或样条的插入器,在LOM技术只有线性插值方法被使用因为只在STL后的线性提取中产生片断，线性插值有助于低进给率，跟踪误差和轮廓误差的存在分别负责最后部分的精度。因此,给定层,包括轮廓,即可被看作是一套线提取。为了保持沿每个直线段激光功率不变，,以维持一个恒定的比率在数字/模拟D/A输出激光和激光切削在伤口的过程之间这是必要的。（9）MAXLASERLSERAVVLASER毫米/秒是激光切削定位速度，ALASERV是激光的输出,AMAX和DMAX分别是最大的激光D/A输出和激光反馈，当前的技术、激光器的输出只能控制在一个开环且没有任何反馈,和D/A延时多样输出。因此,至关重要的是要保持刀具激光的常数。这就构成了一个约束的轨迹生成政策9。另一个的制约轨迹生成的事实是激光进给率不连续。在两段之间的连接点处,一个无限加速或扭矩是有时需要严格遵照参考的几何形状在尖角处。然而,由于转矩有限,主要表现为线性系统模型的EQ。1可以代表一个“好”的近似实际系统中只有当没有饱和度（10）XMAXDJBTT轮廓误差的棱角在不可避免的,除非激光器头部在转折能停止。然而,这并不好停止和开始在每一个棱角,特别是当肢节是非常小的,因为这将产生一种非常缓慢的平均速度,而且也因为不易控制激光器的输出在停止/开始点。而不是一个完全停止,这是更适当的减少的速度在一定的公差在EQ方面。9。根据上面讨论的两个约束，轨迹生成事实上是一个优化速度的问题及所需的加工时间为没有在急速运动时。不像许多应用中,实时在线轨迹规划是十分必要的。LOM应用中,轨迹生成和跟踪控制系统可以被隔离。因此一个离线轨迹生成模型被提出了。上面所描述的两个约束条件,一个人可以得出这样的结论激光切削必须为常数才是可行的,除了在棱角处。事实上,如果激光切削充分低,你甚至还可以在恒定的速度。然而,对于更高的参考速度要求和棱角处,或者非常小线提取，恒速或许都是不适宜的。在给定线段“优化”速度曲线,有必要提前考虑下一个环节的长度和在下一个转角处,以便有足够的时间给出加速或减速。我们提出的LOM申请这是最主要的方针超前算法决定了开始和结束的速度,根据当前段的电流长度和下一个环节,并根据这两段之间的角度。例如,如果角度接近180O，两段可以看成是一条直线段并且在转点也不需要减速。如果是在两个预定义值角度,例如,100O和176O之间这个值应该是根据仿真结果,在转点达到最大允许进给率应该是有规定的。否则,根据棱角处尤其是急角处激光进给率就应该降低了。上述算法只使用线性程序。在图5的流程图描述了计算在这个标准中必需的算法步骤。不同加速/减速的资料可选择如梯形,SCURVE或多项式函数在每个线段。在这种应用中,使用梯形轮廓已经被用来降低计算的复杂度和大量的内存需求。轨迹生成的结果是保存在一个虚拟光盘分X,Y序列中,那么它们被用于XY定位控制系统，在第3节中所描述的跟踪控制。5、仿真结果上面所描述的在MATLAB环境下开发的双轴仿真模型的定位系统是为了在第四节中的客观评价性能的参考轨线的生成算法和在第3节提出了跟踪控制器。图6显示了对其X轴MATLAB仿真模型,X轴和参数都显示在表1。该模型的定位系统,调节反馈和前馈跟踪补偿器是在3节描述的。仿真模型考虑了转矩控制器和饱和度。以评估其性能的前馈跟踪控制器,“高”频率正弦参考输入位置算法应用于仿真模型,跟踪补偿器的存在与不存在。图7A和B代表了参考输入位置虚线和系统输出的位置实线获得了分别用与没用跟踪补偿器。这些调查结果表明在所生产的引入前馈补偿器的跟踪性能等方面有了改进。就像预期的那样,这个补偿器跟踪闭环系统的响应速度更快,也可以没有引入任何滞后的情况下根据高速参考输入。图8显示模拟模型,XY定位系统,而个人轴驱动系统作为一个子系统参与了这一模型。在这个系统CCC补偿器中扮演一个重要的角色。如9图的模拟样品。该曲线由181线提取是采用插值轨迹生成方法。其结果是保存在一个参考输入文件”LASERPATHMAT”,然后是美联储定位系统。在图9A和B,分别是追踪位置实线有补偿器和无补偿器位置虚线进行了参考对比，图9C显示没有补偿器的轮廓误差,带和带CCC控制器。结果表明,XY定位系统获得了精确轮廓控制与控制补偿器,从而得出通过消除单轴滞后降低了轮廓误差的结论,而CCC本文能进一步减小双轴不匹配引起的轮廓误差10。结论本质上LOM控制系统需要的是一种高精度的定位体系与准确的激光输出。该轨迹生成方法是对于生成一个期望轨迹的位置有用的,接着是一个控制器的定位系统和CCC补偿器。控制补偿器的使用,消除了单轴下面的错误,从而减小了轴的轮廓误差。CCC补偿器被用来进一步减小双轴不匹配引起的轮廓误差。根据仿真结果和X轴传动系统XY定位系统在MATLAB模型的基础上的新的LOM机器在新加坡动力精密机械有限公司,产生了不错的表现。参考文献1ICHO,KLEE,WCHOIANDYASONG,“DEVELOPMENTOFANEWSHEETDEPOSITIONTYPERAPIDPROTOTYPINGSYSTEM”,INTERNATIONALJOURNALOFMACHINETOOLSANDMANUFACTURE,40,PP18131829,20002PPILLAYANDRKRISHNAN,“MODELINGOFPERMANENTMAGNETMOTORDRIVES”,IEEETRANSACTIONSINDELECTRONICS,3511,PP537541,19983SSYEHANDPLHSU,“DESIGNOFPRECISEMULTIAXISMOTI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