[发明专利]一种麦克斯韦快刀伺服轨迹跟踪控制方法

说明书

一种麦克斯韦快刀伺服轨迹跟踪控制方法，该方法步骤如下：第一步：根据系统输出误差建立比例积分终端滑模切换函数；第二步：利用第一步中的终端滑模切换函数得出滑模等效控制率；第三步：通过第二步的等效控制率得出下一时刻滑模切换函数，利用该下一时刻滑模切换函数得出预测控制律；第四步：对第二步的等效控制率与第三步的预测控制律求和得出最终的控制率。本发明具有以下优点：利用预测控制替代传统滑模控制中的切换控制来改善由于切换控制的不连续性容易造成抖振的问题，提高系统的跟踪精度和鲁棒性。最终实现本发明的目的即高频响输入时提高系统的抗干扰性能和跟踪精度。

技术领域

本发明属于数控技术加工领域，特别涉及一种麦克斯韦电机的轨迹跟踪控制方法。

背景技术

微结构表面,是指特征尺寸小于微米级，表面精度小于亚微米级，并具有微小几何形状和较大深宽比的一系列功能表面。其具有的超疏水、减阻、隐身等特性在航空航天以及平板显示、照明、太阳能等领域有着广泛应用前景。

随着应用领域的扩展,特别是微结构功能表面在光学领域的应用,人们发现对于微结构功能表面加工制造，传统的MEMS工艺技术、特种加工技术和激光直接写入技术等已经不能满足越来越多复杂光学元件等的加工制作要求，因此实现高速超精密加工具有非常重要的现实意义。而实现高速超精密加工的关键是开发出具有高速超精密能力的数控机床，由麦克斯韦电机直接驱动的快速刀具伺服系统具有超高频响、高加速度的优势，可以获得表面质量更优的加工效果，因此逐渐被人们所关注。但是这种快速刀具存在麦克斯韦力高度非线性化问题，产生的漏磁现象会造成实际模型与理论数学模型存在误差。

国内外针对麦克斯韦快刀伺服的控制方法展开了研究。一些研究者采取了各自控制算法，自适应前馈抵消控制方法，其算法取得很好的跟踪控制性能，有效控制相位滞后，但依赖系统模型，对参数变化敏感。自抗扰控制器算法简单、易于实现、精度高、速度快、抗扰能力强，但参数调整较难。滑模控制具有强鲁棒性，实现简单的优点，然而由于其控制作用的不连续性会导致抖振现象。

发明内容

发明目的

针对现有控制技术的不足，本发明提出一种基于预测控制和滑模控制相结合的麦克斯韦快刀伺服轨迹跟踪控制方法。其目的是解决以往所存在的问题。其将预测控制和滑模控制结合起来，既发挥滑模控制的优越性，又能改善滑模控制的抖振问题，提高系统的跟踪精度和抗干扰性能。最终实现本发明的目的：高频响输入时，在保证系统强鲁棒性和高频响应速度的同时提高了系统的跟踪精度和抗干扰性能。

技术方案

一种麦克斯韦快刀伺服轨迹跟踪控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：

第一步：根据系统输出误差建立比例积分终端滑模切换函数；

第二步：利用第一步中的终端滑模切换函数得出滑模等效控制率；

第三步：通过第二步的等效控制率得出k+1时刻滑模切换函数，利用该k+1时刻滑模切换函数得出预测控制律；

第四步：对第二步的等效控制率与第三步的预测控制律求和得出最终的控制率。

第一步中系统输出误差为参考位移与输出位移之差；

终端滑模切换函数：

s(k)＝K₁e(k)+K₂ξ(k-1)

其中：

e(k)＝r(k)-y(k)

ξ(k)＝e^α(k)+ξ(k-1)