數(shù)字重復(fù)控制伺服系統(tǒng)在數(shù)控加工中的應(yīng)用

0引言重復(fù)控制是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的實際需要而發(fā)展起來的一種新型控制方案，它能夠?qū)崿F(xiàn)高精度高速度地?zé)o誤差變化地跟蹤周期性參考輸入信號或指令。重復(fù)控制在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中有著廣泛地應(yīng)用，尤其是在機器人和數(shù)控機床伺服系統(tǒng)中，能夠?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)的變化和不確定信號輸入的干擾做出快速的響應(yīng)，以達(dá)到高性能地控制目的，提高系統(tǒng)的魯棒性。重復(fù)控制相對于其它控制方式主要有以下三個特征：為了在控制系統(tǒng)每個周期中降低跟蹤誤差，必須考慮前一周期的跟蹤誤差，所以這種控制方法明顯不同于典型伺服系統(tǒng)使用的控制方式；對于上述描述系統(tǒng)的積分器和時間延遲必須結(jié)合起來；在學(xué)習(xí)控制和迭代控制中，系統(tǒng)輸出在每個周期的開始必須重新復(fù)位，但在重復(fù)控制中不需要進(jìn)行此項操作。本文著重利用重復(fù)控制原理設(shè)計了一個數(shù)控伺服系統(tǒng)工作臺，在控制系統(tǒng)上選擇了重復(fù)控制器，并在由此數(shù)控系統(tǒng)組成的數(shù)控車床上進(jìn)行了典型零件的數(shù)控加工，同時分析介紹了重復(fù)控制原理及其算法。1重復(fù)控制原理重復(fù)控制的要求是在未知和不可預(yù)見的干擾輸入情況下，能夠使跟蹤被控制量，使之調(diào)節(jié)到參考信號而沒有穩(wěn)態(tài)誤差目的。它的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)是內(nèi)部模型原理，即將產(chǎn)生周期性信號的發(fā)生器置于一個穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)中，使被控對象能夠無穩(wěn)態(tài)誤差地跟蹤參考輸入信號。對于單位反饋控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為由終值定理得到穩(wěn)態(tài)誤差為：由此可以看出v型反饋系統(tǒng)可以無誤差地跟蹤v-l次多項式參考輸入，如果v等于N+l，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為一恒定常數(shù)，它表明了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差e與內(nèi)模因子N之間的關(guān)系。這意味著如果將一個參考信號發(fā)生器置于穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)可以使控制輸出無穩(wěn)態(tài)誤差地跟蹤參考輸入。這一原理同樣適用于周期性的信號輸入，對于一個周期為T的參考信號，根據(jù)內(nèi)部模型原理可知，如果系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)與信號內(nèi)模保持一致，就可以穩(wěn)定而無靜態(tài)誤差地跟蹤周期參考輸入信號。根據(jù)這樣的原理設(shè)計的周期信號發(fā)生器稱為重復(fù)控制器，由它構(gòu)成的系統(tǒng)稱之為重復(fù)控制系統(tǒng)。其基本構(gòu)成如圖1所示。

圖1重復(fù)控制系統(tǒng)模型在實際應(yīng)用中，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性常采用如下改進(jìn)的重復(fù)控制系統(tǒng)模型如圖2所示。

圖2改進(jìn)型重復(fù)控制系統(tǒng)模型其中附加前饋A(S)用來改善快速性和穩(wěn)定性在時滯部分前設(shè)置了傳遞函數(shù)為F(S)的低通濾波器其誤差傳遞函數(shù)為：

圖3離散重