网络化多轴运动系统轮廓跟踪控制算法研究
随着网络化控制技术的发展，利用网络化运动系统完成加工生产已成为现代化制造业的主流，目前已有多种工业以太网通信协议，用于网络化运动系统。但基于工业以太网搭建的网络化运动系统需要额外购买交换机，且可拓展性较差，不利于智能制造的发展。而利用通用以太网搭建网络化运动系统，无需购买交换机，且通用以太网有利于拓展系统，增强系统通用性。在多轴运动控制任务中，轮廓跟踪控制是重要的多轴运动控制任务，因此借助通用以太网搭建网络化运动系统，研究多轴轮廓跟踪控制算法有实际应用价值。 首先，搭建能够检验网络化多轴运动系统轮廓跟踪控制算法的实验平台，建立网络化多轴运动实验平台的数学模型。用马尔可夫链建立网络诱导时延和数据丢包的统一模型，即用等效网络时延代表网络诱导时延和数据丢包。分析表明，马尔可夫链能建立实验平台的等效网络时延。 然后，为解决等效网络时延和外部扰动导致网络化单轴跟踪精度低的问题。提出将滑模控制和预测控制结合的滑模预测控制算法，利用滑模控制的鲁棒性，降低外部扰动对控制系统的影响。利用系统内的零阶保持器设计补偿器，在预测控制生成的一组控制量中，补偿器选择合适的控制量，降低等效网络时延对控制系统的影响，提高网络化单轴跟踪精度。实验表明，带有补偿器的滑模预测控制算法能有效降低单轴跟踪误差。 最后，为解决各个单轴之间协调性差导致轮廓误差增大的问题。提出将模糊PID控制与交叉耦合控制结合的模糊PID交叉耦合控制算法，考虑双轴和三轴两种情况，通过交叉耦合控制，利用跟踪误差，降低轮廓误差。利用模糊PID控制提高交叉耦合控制的适应性，根据轮廓误差的变化情况调节轮廓误差补偿量，提高多轴轮廓控制性能。实验表明，带有补偿器的滑模预测控制算法结合模糊PID交叉耦合控制算法能有效降低双轴轮廓误差降和三轴轮廓误差。
网络化运动系统;轮廓跟踪控制;滑模预测控制;交叉耦合控制;工业以太网
哈尔滨理工大学
硕士
控制工程
宋清昆
2022
中文
TP273
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）