基于速度场理论的XY数控平台轨迹路径规划和控制

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永磁同步直线电机直接驱动X-Y平台系统中,非线性、双轴不匹配、外部扰动和参数摄动严重影响了系统的轮廓精度,针对这些问题,本文提出采用基于速度场理论的动态逆轮廓控制和基于速度场理论的自抗扰轮廓控制两种控制策略。首先,在阅读了大量国内外参考文献的基础上,综述了直接驱动X-Y平台系统的发展和研究现状,阐述了单轴永磁同步直线电机的控制方法和X-Y平台的轮廓控制方法。其次,介绍了直接驱动X-Y平台的结构特点和工作原理,建立了直接驱动X-Y平台的数学模型,并且分析了影响直接驱动X-Y平台轮廓精度的因素,总结了提高轮廓精度的方法。在此基础上,根据速度场理论,运用速度场对指令轨迹进行规划,将双轴协调控制问题转化为单轴速度控制问题,通过设计单轴控制器减小系统速度误差以提高系统轮廓精度。然后,针对非线性、双轴不匹配和外部扰动、参数摄动对系统轮廓精度的影响,分别采用动态逆控制方法和自抗扰控制方法设计轮廓控制器。利用动态逆控制方法设计单轴速度控制器,削弱系统的非线性影响,使速度误差趋近于零;利用自抗扰控制方法设计单轴速度控制器,削弱外部扰动和参数摄动对系统的影响,使速度误差趋近于零,进而减小轮廓误差。最后,以LM22-26系列直接驱动X-Y平台为被控对象,并利用Matlab/Simulink软件进行仿真模块的搭建和研究分析。将本课题采用的控制器和经典控制策略分别应用于X-Y平台系统中,并根据得到的仿真结果进行对比和分析。与经典控制策略相比,基于速度场理论的动态逆控制器可以有效地削弱系统中非线性因素的影响,而基于速度场理论的自抗扰控制器可以有效地削弱系统外部扰动和参数摄动的影响,二者都可以减小速度误差,提高控制精度。
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