[发明专利]基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法

说明书

本发明公开了一种基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法，包括：基于链式法则构造位置主元框架；基于所述框架，利用一种新型算法将往复的轮廓参考信号转变为单调参考信号；基于所述框架和算法，结合单轴时变内模控制器，获得基于时变内模的位置主元轮廓跟踪控制器；以及基于所述控制器，实现对于双轴或多轴轮廓信号的高精度跟踪控制。本发明创造性地构建了轮廓参考信号的单调转变算法，从而实现时变内模与位置主元控制的结合，进一步提高了轮廓跟踪控制精度，具有重要的理论意义与实用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法。

背景技术

在机电控制领域中，轮廓跟踪控制得到了学术界及工业界常年的关注、研究与发展，其在机床加工、激光直写加工、3D打印等诸多高新产业中都具有广泛的应用前景。轮廓跟踪的精度是轮廓跟踪控制的重要指标，轮廓加工的精度提升能够推动纳米精密机械技术、生物医学技术、激光加工技术等的进步，具有重要的理论价值和实际意义。

目前广泛采用的轮廓跟踪控制算法为交叉耦合控制CCC算法。CCC通过单轴误差测量合成计算轮廓误差，再将轮廓误差分解并反馈到各轴，实现对轮廓精度的控制。传统的CCC算法的控制对象局限于解析轮廓，如直线、圆等，后续发展出的GCCC算法实现了对任意形状轮廓的交叉耦合控制。但CCC算法的单轴控制器普遍采用PID控制器，跟踪精度较低，且在单轴误差较大的情况下，轮廓跟踪效果不理想。

此外，基于任务坐标系的GTCF算法能够实现较高精度的轮廓跟踪控制，但其仅适用于解析的平面轮廓轨迹，并且单轴算法只能采用自适应控制，跟踪精度无法进一步提升。基于位置主元的一般PDC算法能够实现双轴或多轴的轮廓跟踪，但其单轴算法局限于PID，单轴跟踪精度不理想。

为此，本发明在采用位置主元PDC作为控制器框架的同时，利用了时变内模单轴控制器完成了与框架的结合，并且内模控制器能实现对于设定双轴或多轴轮廓的渐近跟踪，具有极高的跟踪精度。这种基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法还适用于主动轴误差较大的情况，利用从动轴的位置主元控制完全补偿主动轴产生的跟踪误差，并且可以应用于双轴或多轴轮廓的跟踪。综上，本发明具有重要的理论意义及应用前景。

发明内容

本发明旨在提供一种具有更高轮廓跟踪精度的轮廓跟踪算法。

根据本发明的一个方面，提供一种基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法，包括：

S1、基于链式法则构造位置主元框架；

S2、基于所述框架，利用一种新型算法将往复的轮廓参考信号转变为单调参考信号；

S3、基于所述框架和算法，结合单轴时变内模控制器，获得基于时变内模的位置主元轮廓跟踪控制器；

S4、基于所述控制器，实现对于双轴或多轴轮廓信号的高精度跟踪控制。

本发明以位置主元作为轮廓控制框架，同时利用单轴时变内模控制器实现对于参考轮廓的极高精度渐近跟踪，相比传统的轮廓跟踪算法具有更好的跟踪效果，并可适用于单轴跟踪误差较大的情形以及多轴轮廓的场景，具有重要的理论意义和应用价值。

附图说明

图1为本发明基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法的控制方法流程图。

图2为本发明基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法的转角变量转换算法流程图。

图3为本发明基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法的控制框架示意图。

图4为本发明基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法的控制器设计流程图。

图5为本发明基于时变内模的位置主元轮廓跟踪算法的轮廓跟踪结果示意图。

具体实施方式