【《伺服控制系统直驱H型平台的研究现状文献综述》2500字】

伺服控制系统直驱H型平台的研究现状文献综述在长距离、高精度的伺服控制系统的各种配置中，直驱H型平台结构在工业上得到了广泛应用。龙门型结构运动控制平台由安装在两纵轴平行导轨上的两台PMLSM动子同时串联移动一个龙门，因此通常又被称为移动龙门平台。这种冗余型龙门结构大量应用在港口、轧钢厂等大型起重机上，成为制造业不可或缺的一部分。随着多轴伺服运动平台在精密加工领域得到工业界的广泛认同，来自欧美、日韩等发达国家的知名企业接连推出具备更高驱动力和定位精度的平台产品；同时，国际电力传动研究领域为明确平台动力学模型的部分未建模量，在平台模型构造方面不断取得进展。在国际应用市场上，Aerotech公司生产的型号为ABG10000的精密伺服运动平台如图1.1所示，其有效行程为1000mm×1000mm，其加工精度可达2μm，平台定位精度可达0.05μm，最大运行速度为2.5m/s，可以实现的最大加速度为10m/s2；图1.2为瑞士ETEL公司生产的型号为METIS的二维多轴直驱运动平台，其可设计的行程为320mm~320mm，运行速度最高可达1.2m/s，最大加速度可达12m/s2，平台的位置稳定性为25nm，双向重复定位精度0.4μm，最大有效负载达2kg。此外，国外的高校和研究机构对直驱H型平台也做了深入研究，新加坡国立大学采用欧拉—拉格朗日方程建立了一个三自由度的龙门型平台的数学模型，并结合平台动力学模型提出了一种运动点定位的自适应控制方法。文中给出的软件仿真和实验结果一致说明该研究可充分提高轮廓跟踪系统的控制精度[13]；区别于广泛使用的多伺服轴间动力学耦合建模方式，同时为了避免冗余轴间机械耦合对同步误差和跟踪误差的影响，法国研究人员提出对运动控制平台所在模态参考系的控制，推导了一种基于直驱H型平台的解耦动力学模型的控制方案并以此提高了系统的控制精度[14]。图1.1ABG10000精密伺服运动平台图1.2METIS直驱运动平台Fig.1.1PrecisionservomotionplatformofABG10000Fig.1.2METISDirectDriveMotionplatform针对直驱H型平台的协同控制问题，国内研究人员大多从模型建立的角度考虑。华中科技大学[15]以建立适用于高速工况的直驱H型平台耦合模型为开端，逐步分析了负载的变速运动引起的各伺服轴动力学不匹配对平台协同加工性能的影响；相较于冗余轴间的高刚性连接，滚珠与直线电机导轨接触部间存在的相对柔性模态被多次参数辨识并应用于刚柔耦合模型[16-17]。此外，清华大学[18]、浙江大学[19]以及沈阳工业大学[20-21]等高校也展开了直驱H型平台及其相关技术的研究，并取得了一定的科研成果。在国内市场上，北京华卓精科有限公司生产的型号为SJCS的三轴线轨高精密运动平台如图1.3所示，运动平台各伺服轴最大有效行程分别为250mm、250mm、150mm，分辨率为100nm，定位精度可达1μm，重复定位精度达到0.5μm；该运动平台的最大运行速度可达200mm/s，最大加速度约为5m/s2，额定负载和最大负载分别为18kg和25kg。为满足高速高精度产品的定制需求，适用于激光加工，CCD成像，晶圆检测等应用场合，该厂家生产了同类产品型号为ZKD三轴龙门高精密线轨运动台，如图1.4所示。其有效行程可设计为320mm、320mm、100mm，该运动平台的定位精度可达1μm，重复定位精度为0.5μm，空载时的最大速度500mm/s，最大加速度约为10m/s2。图1.3SJCS三轴线轨高精密运动平台Fig.1.3Highprecisionmotionplatformofthree-axislinerailofSJCS图1.4ZKD三轴龙门高精密线轨运动平台Fig.1.4ZKDthree-axisgantryhighprecisionrailmotionplatform北京慧摩森电子系统技术有限公司所生产的直驱H型平台伺服控制系统装置如图1.5所示。图1.5直驱H型平台伺服控制系统装置示意图Fig.1.5SchematicdiagramofservocontrolsystemfordirectdriveH-typeplatform图1.5中，位置信号经多轴反馈信号接口输入到多轴PMLSM运动平台控制箱，箱内的运动控制卡与上位机之间通过以太网传输信号。上位机发布加工指令信号经伺服轴驱动器完成A/D变换得到输入量；同时又可收集反馈的位置数据。冗余平行结构的运动平台伺服系统在实际应用中，要求既要对任意输入轨迹具有精密跟踪能力，又要对各种扰动具有强鲁棒性。因此，针对直驱H型平台的多输入多输出非线性动力学模型，设计相匹配的轮廓控制方法是目前另一个亟待解决的问题。参考文献吴国兴，卢智良，王晓娟.2020年我国电加工机床行业运行情况分析[J].电加工与模具，2021(S1)：1-4.杨辉.我国超精密加工设备的产业化进程[J].航空制造技术，2016(06)：36-40+46.袁巨龙，张飞虎，戴一帆，等．超精密加工领域科学技术发展研究[J].机械工程学报，2010，46(15)：161-177．杜正春,杨建国,冯其波.数控机床几何误差测量研究现状及趋势[J].航空制造技术,2017,60(6):34-44.梁迎春，陈国达，孙雅洲，等.超精密机床研究现状与展望[J].哈尔滨工业大学学报，2014，46(05)：28-39.李聪.冗余直驱运动平台的刚柔耦合建模分析及精密协同控制研究[D].杭州：浙江大学，2017.寇宝泉，程树康.交流伺服电机及其控制[M].北京：机械工业出版社，2008：206-210.张连第.多轴直线电机运动与定位工业以太网控制技术[D].合肥：合肥工业大学，2012.ChaoL,ZhenC,YaoB.Modelingandsynchronizedmotioncontrolofadual-linear-motor-drivengantrybyconsideringrotationaldynamics[C]//2017IEEEInternationalConferenceonInformationandAutomation(ICIA).IEEE,2017.YaoB,CongL,WangQ,etal.DualdrivesystemmodelingandanalysisforsynchronouscontrolofanH-typegantry[C]//IEEEInternationalConferenceonAdvancedIntelligentMechatronics.IEEE,2015.IGarcía-Herreros,KestelynX,GomandJ,etal.Model-baseddecouplingcontrolmethodfordual-drivegantrystages:Acasestudywithexperimentalvalidations[J].ControlEngineeringPractice,2013,21(3):298–307.罗品奎，金建新，李小平.双直线电机驱动的H型运动平台同步控制研究[J].机械制造与自动化，2013，42(6)：158-161.TeoCS,TanKK,LimSY,etal.DynamicmodelingandadaptivecontrolofaH-typegantrystage[J].Mechatronics,2007,17(7):361-367.GarciaherrerosI,KestelynX,GomandJ,etal.Model-basedcontrolofadual-driveH-typegantrystageonadecouplingbase[C]//IEEEInternationalConferenceonIndustrialTechnology.IEEE,2010.权建洲．高速工况下H型桁架定位平台的建模与同步控制[D]．武汉：华中科技大学，2010.毛宽民,李斌,谢波,等.滚动直线导轨副可动结合部动力学建模[J].华中科技大学学报(自然科学版)，2008，36(8)：85-88.朱睿.滚动直线导轨可动结合部动力学建模及参数识别方法研究[D].武汉：华中科技大学,2012.黄涛.柔性结构超精密多输入多输出运动系统建模与控制研究[D].北京：清华大学，2017.李超.冗余直驱龙门系统的多输入多输出精密运动控制[D].杭州：浙江大学，2018.苏普春.直驱H型平台的智能非奇异快速终端滑模同步控制[D].沈阳：沈阳工业大学，2020.张宗雪.双直线电机驱动的H型平台区间二型模糊神经网络控制[D].沈阳：沈阳工业大学，2017.吴勇慷，赵希梅.基于函数链径向基神经网络的PMLSM自适应反推控制[J].电工技术学报，2018，33(17)：4044-4051.武志涛，杨永辉.直线电机驱动XY平台精密轮廓跟踪控制[J].中国电机工程学报，2018，38(19)：5863-5868+5944.李展超，贺云波.基于迭代学习的直驱XY平台抗干扰复合控制[J].组合机床与自动化加工技术，2021(01)：92-95+100.王丽梅，金抚颖，孙宜标.基于等效误差法的直线电机XY平台二阶滑模控制[J].中国电机工程学报，2010，30(06)：88-92.YangJ,LiuY,BaiD,etal.DisturbancerejectionforPMLSMbasedoniterativelearningcontrolandwaveletfilter[J].TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2013,28(3):87-92.ChoK,NamK.PeriodiclearningdisturbanceobserverbasedprecisionmotioncontrolinPMLSMmotionsystemsconsideringlong-terminstabilityproblem[J].InternationalJournalofPrecisionEngineeringandManufacturing,2016,17(9):1101-1112.FenxiaLI,RuixiaLI.Researchonhighspeedmachiningcomplextrajectorybasedo