随着科技的日新月异、工业的快速发展,许多工业领域对控制系统的性能提出了更高的要求,普通平面控制系统已经无法满足日益复杂的空间作业任务,而三轴运动控制系统在三维空间任务中具有强大的优势。从制造业的角度出发,致力于研究一种面向三轴运动控制系统的交叉耦合迭代学习的轮廓误差控制方法,既能保证单轴的跟踪性能,又能减小各轴之间运动的不协调,从而减小轮廓误差。介绍传统的两轴误差模型和基于向量法的三轴误差模型,以及迭代学习控制和交叉耦合控制的概念;针对三轴运动控制系统的性能提升提出一种三轴交叉耦合-迭代学习控制算法;设计相关对比实验,实验结果表明该算法能有效减小轮廓误差。

在五轴联动数控刀具切削加工过程中,机床摆心运动轨迹和刀具运动轨迹之间的误差导致加工精度难以保持较高水平,为此提出五轴联动数控刀具切削加工误差非线性插补方法。分析刀具切削加工误差产生的原因,获得理想刀轴矢量,通过插值处理两旋转轴的运动角度,获得实际刀轴矢量误差。通过计算刀轴控制点的距离偏移值,调整刀位和刀闸位置,并使用线性补偿位移调整刀具的位移。同时,根据角度变化计算误差插补量,进一步优化刀具运行轨迹,以确保刀具轨迹始终与理想轨迹保持一致,从而实现五轴联动数控刀具运行轨迹的位移补偿。经实验验证,采用所提方法开展误差插补后,五轴联动数控刀具运行误差小,且运行轨迹贴近理想轨迹。

提高多轴伺服系统的轮廓跟随性能是现代计算机数控加工的重要应用之一。针对传统交叉耦合控制方法对自由曲线轨迹的轮廓跟踪精度较差以及传统PID控制系统抗扰性和鲁棒性较差的问题,提出一种基于自抗扰控制的交叉耦合轮廓误差补偿综合控制策略,该策略由用于位置环反馈控制和轮廓误差补偿的新型非线性PID(NLPID)、位置伺服控制器TNP-ADRC和基于NLPID的变增益交叉耦合控制器组成。在MATLAB/Simulink环境下对方波信号跟踪和标准圆轮廓加工过程中轮廓误差的变化情况进行仿真,仿真结果表明:与传统PID交叉耦合控制相比,该方法不仅能够有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰能力,并且能够显著提高多轴运动控制系统的轮廓加工精度。

提出了一种基于遗传算法和自适应的计算平面线轮廓度误差的新方法.该方法满足最小条件原理,它利用样条插值函数拟合理论轮廓,并在评定过程中能自动地实现被测轮廓与理论轮廓之间的适应性调整,从而能够分离并消除被测轮廓与其测量基准之间的位置误差对轮廓误差评定结果的影响,在遗传优化中获得全局最优解.这种算法简单明确,具有精度高、收敛速度快、易于计算机程序实现、易于推广应用等特点.

直接把轮廓误差作为控制的目标，在多轴运动的各轴之间引入耦合因素，通过各轴间的协调来提高轮廓精度，而不仅仅通过单轴解藕控制改善各轴的位置跟踪精度。就多轴协调运动中的各种交叉耦合控制器的设计，从控制的角度进行了全面的分析与综合，提出了有待解决的若干问题，对未来的发展方向进行了展望。

数控机床进给系统产生的轮廓误差对产品质量有着严重的影响。为了对轮廓误差进行补偿,设计一种迭代学习轮廓控制器,用以提高进给系统的轮廓跟随效果。对数控机床进给系统进行分析后,获取其跟踪误差以及轮廓误差的模型。在该模型的基础上,设计线性插值法和圆域插值法,用来计算轮廓误差的大小。接着对进给系统在s域的闭环传递函数进行分析,采用PID反馈补偿器,设计迭代学习轮廓控制器,利用该控制器对实际轮廓误差进行补偿。仿真结果显示:采用此方法跟踪期望轨迹时,产生的最大跟踪误差为6.57%,较PID方法减小了5.7%;在跟踪期望轮廓时,产生的最大轮廓误差为0.8 mm,较PID方法减小了0.7 mm。由此说明此方法对轮廓误差的补偿性能较好,能够对数控机床进给系统的轮廓跟随准确度进行较好的控制。

介绍五轴机床最佳进给率和高性能精密控制算法加工方式,并进行实验验证。通过引入进给率调度算法,以最大限度地减少五轴弯曲刀具路径的循环加工时间。在寻找沿刀具路径的最佳进给时,考虑了五轴驱动器的速度、加速度和加加速度限制,以确保伺服驱动器以最小的跟踪误差平稳和线性运行。为设计一个精确的轮廓控制器,开发分析模型来估计五轴加工实时过程中的轮廓误差,通过考虑刀尖与参考路径的法向偏差和刀轴方向与参考方向轨迹的法向偏差来定

数控机床在实际生产中,各轴伺服参数调整不好将影响机床的加工精度。为提高多轴联动中各轴伺服参数的匹配性,推导三轴数控机床加工轮廓误差的计算方法,分析三轴数控机床各轴进给系统伺服参数对轮廓误差的影响,提出2个进给轴之间伺服参数匹配方法。以人字齿的加工为例,对比了参数优化前后的实际加工轨迹,参数优化后人字齿的轮廓误差由优化前的300μm减小到100μm,各轴伺服参数匹配能够有效提高数控机床的加工精度。

为提高多轴联动实验平台的执行轨迹轮廓误差精度，提出一种基于遗传算法的交叉耦合控制器优化设计方法。首先建立单轴跟踪误差与轨迹轮廓误差的数学模型，并确定优化目标函数；其次，采用有限冲击响应的交叉耦合控制器结构，并确定优化变量和约束条件；最后通过遗传算法对优化问题进行求解，确定最优交叉耦合控制器参数。通过仿真分析研究此方法的可行性和有效性，仿真结果表明所提方法能够在不占用数控系统插补周期的基础上，有效提高单轴跟踪误差和执行轨迹的轮廓误差，为提高数控加工零件表面质量提出有效解决方案。

为了降低数控加工过程中的轮廓误差并提高加工精度,轮廓误差补偿和进给速度调节是常用的控制方法,文中提出了一种基于模糊控制的轮廓误差预补偿方法。首先,为了预测及补偿轮廓误差,建立了轮廓误差估算及预测模型,以便对期望轮廓轨迹进行补偿;然后,利用模糊逻辑控制策略根据估算得到的轮廓误差对进给速度进行调节,从而进一步降低轮廓误差;最后,通过在XY两轴实验平台进行对比实验,对提出的控制策略进行了验证。