[发明专利]基于模糊RBF网络滑模的双直线电机轮廓补偿装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化控制以及数控领域，特别涉及一种基于模糊RBF网络积分滑模的双直线电机轮廓补偿装置与控制方法。

背景技术

随着科技的不断发展，在自动控制系统强有力的支撑下，伺服系统发展迅速，几乎在各个领域都有所应用。这也使得在工业化进程加速的今天，对生产设备的精度要求也越随之变高，可以说它在很大程度上其衡量着一个国家的综合国力和科技水平。数控机床也因此成为当代机械制造业的加工母机。它能给国家的各个部门提供所需的装备，是工业生产争夺技术优势的制高点，也是运用高新技术产业改造和提升传统行业的关键部分，对实现企业高效率生产及强有的竞争具有重大意义，促使工业生产快速发展。作为先进制造技术的核心——数控技术，以双直线电机直接驱动的平台系统最具有代表性，其轮廓跟踪控制能力对提高系统加工精度和性能具有十分重要的作用。

直接驱动方式省去了一切中间的传递环节，虽然带来了响应速度快，效率高等优点，但是也增加了电气控制上的难度。为了提高双直线电机进给控制系统的轮廓精度，很多方法侧重于对直线电机单轴进行控制器的设计，通过减少跟随误差进而减少轮廓误差，但是仅仅这样是解决不了双轴之间存在的动态不匹配以及任意轨迹跟踪轮廓误差模型复杂等问题。

发明内容

针对现有控制技术中存在的不足，本发明提供了一种基于模糊RBF网络积分滑模的双直线电机轮廓补偿装置，将智能控制与现代控制方案相结合设计控制器并且由DSP实现控制,从而达到高精度的加工要求。

本发明所设计的控制装置包括整流稳压单元、IPM逆变器、数字信号处理器DSP、霍尔传感器、光栅尺、电流检测单元、位置速度检测单元、光耦隔离电路、驱动保护电路以及故障检测和保护电路。其中DSP包括事件管理器EVA的正交编码脉冲电路QEP、ADC模块、PWM单元、Flash存储器单元、程序存储器、定时器以及PDPINT引脚且DSP内还置有位置信号给定器、直线电机位置环、速度环以及电流环的PI控制器、轮廓误差计算器、模糊RBF网络积分滑模轮廓补偿器和驱动器装置。

a：位置信号给定器：用于根据规划加工的任意轨迹去设定双直线电机各个轴的初始位置及运行轨迹的装置；

b：直线电机位置环、速度环以及电流环的PI控制器：用于电流信号、位置信号和速度信号控制的装置；

c：轮廓误差计算器：用于根据位置信号给定器的位置信号值取微分以后获得速度信号，再根据位置、速度以及位置偏差信号进行轮廓误差计算的装置；

d：模糊RBF网络积分滑模轮廓补偿器：用于补偿两轴之间因为轮廓误差对轮廓加工精度影响的装置；

e：驱动器：用于接收单轴位置环控制器输出和模糊RBF网络积分滑模轮廓补偿控制器输出信号，并通过该控制器的输出信号进行双直线电机速度环信号给定的装置；

采用基于模糊RBF网络积分滑模的双直线电机轮廓补偿装置进行轮廓加工的方法，包括步骤如下：

步骤1：由TMS320F2812数字信号处理器内的位置信号给定器提供给双直线电机两轴相应的位置信号指令，作为两轴的位置控制量输入；

步骤2：通过电流、位置以及速度检测单元对位置、速度以及电流信号进行采样且通过两轴给定与实际输出的比较获得位置偏差信号；

步骤3：通过PI位置控制器调节单轴的位置偏差信号，采用轮廓误差计算器计算出任意轨迹的轮廓误差量并通过基于模糊RBF网络积分滑模轮廓补偿装置进行补偿控制，然后将两者控制的输出作为位置驱动装置的输入；

步骤4：通过速度信号检测单元确定直线电机的速度；

步骤5：通过光栅尺采样速度信号，在TMS320F2812数字处理器内比较后，执行速度环PI控制器；

步骤6：通过内置的电流采样装置进行电流采样且在DSP内比较后，执行电流环PI控制器；

步骤7：对电流值进行3/2变换；

步骤8：利用旋转的q轴计算出转矩；

步骤9：对输出计算转矩进行2/3变换；

步骤10：对变换后的电流值作为载波与三角波调制，让数字信号处理器DSP产生六路PWM脉冲信号，驱动双直线电机的两轴按照电流指令的大小进行给定轮廓轨迹加工运动；

整流稳压电路把三相交流电转换成直流电给IPM逆变单元供电，IPM逆变单元根据DSP产生的六路PWM脉冲信号对IPM逆变单元内的六个IGBT开关元件的导通与关断进行控制，驱动直线电机运行。