三轴电磁-压电混合驱动快速刀具伺服的轨迹跟踪控制

摘要：

三轴快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)具有更高的刀具空间运动柔性,逐渐用于复杂光学曲面和微纳结构表面的切削加工.针对所研制电磁-压电混合驱动三轴FTS存在的轴间耦合、高频谐振和迟滞非线性等因素对轨迹跟踪性能的影响,研究综合补偿策略实现三轴空间轨迹的高性能跟踪控制.以陷波滤波器抑制系统高频谐振,以前馈解耦补偿弱化平面轴间耦合;针对法应力电磁驱动和压电驱动的迟滞非线性,提出以线性动力学模型级联Prandtl-Ishlinskii模型描述各轴的动态迟滞特性,并构建无需直接求逆的迟滞前馈补偿模型,实现系统的迟滞非线性补偿.谐波扫频测试结果表明:所采用的陷波滤波器可以很好地消除高频谐振,前馈解耦补偿可将平面XY轴间的耦合幅值降低约14 dB.宽频域内迟滞建模结果表明:平面XY轴和Z轴的动态迟滞建模误差分别小于±2.2%和±1.8%.以PID为主控制器,对宽频谐波(10～100 Hz)的跟踪结果表明:采用综合补偿策略获得各轴的最大跟踪误差约为仅采用逆动力学前馈补偿的25%～50%,进一步对空间螺旋球面轨迹进行了跟踪测试,证明了所构建的综合补偿控制策略的有效性.

关键词：快速刀具伺服、轨迹跟踪控制、陷波滤波器、前馈解耦补偿、动态迟滞模型

所属期刊栏目：31

分类号：TG71;TP273(刀具、磨料、磨具、夹具、模具和手工具)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;江苏省自然科学基金资助项目

在线出版日期：2023-09-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：2236-2247