[发明专利]多伺服系统预演协同控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种多伺服系统预演协同控制系统，包括用于人机交互的上位机和用于控制被控对象的下位控制器，上位机内置有运动控制器；上位机通过通讯装置与下位控制器相连接。本发明的控制方法，依次按以下步骤进行：第一步骤是获得空间期望曲线；第二步骤是分段；第三步骤是产生模型输出空间曲线；第四步骤是对各段空间期望曲线进行修正；第五步骤是得出修正后的空间期望曲线；第六步骤是被控对象响应；第七步骤是修正被控对象仿真模型；重复第一至第七步骤，实现对被控对象的预演协同控制。本发明减小了多维空间曲线跟踪误差，相对跟踪精度得到显著提高，并且随着控制过程的不断进行，相对跟踪精度会因为反馈修正而得到不断提高。

技术领域

本发明涉及数控领域，尤其涉及工业机器人的运动控制。

背景技术

在数控机床、工业机器人领域，空间运动控制由多个独立运动轴的伺服系统协同完成。

要实现较高的多维空间曲线跟踪精度，不仅要求各运动轴的伺服系统本身具有较高的一维曲线跟踪精度，还要求各运动轴的伺服系统的动、静态性能指标相互匹配。

各运动轴的伺服系统结构和普通伺服系统相同，由控制器和控制对象组成，对于实际伺服系统装置，系统还包括运动传感器等信号反馈元件。

控制器的作用是根据性能指标要求，在存在负载及扰动的情况下完成对该运动轴加速度（电流、转矩）、速度（转速）或位移（角度）的控制。

单运动轴伺服系统中的控制器并不考虑各运动轴之间的匹配问题，各运动轴伺服系统之间往往是独立的。

然而对于数控系统、工业机器人等需要实现空间运动的复杂设备，多维空间运动曲线的高跟踪精度并不能通过各运动轴的独立伺服系统的高精度实现。

这是因为各运动轴伺服系统通过设备的机械或者任务对象之间存在耦合，且耦合关系随着设备的运动状态和姿态改变而改变。因此，采用可能处理运动轴之间耦合扰动的控制器是实现多维空间高运动跟踪精度的关键。

目前，国内、外已有多种方案实现多个伺服系统的协同控制，多伺服系统成为现有技术。

由最初由美国密西根大学的Yoram Koren在1980年提出的双轴交叉耦合控制方法（Cross-Coupled Control，CCC）及实现该方法的相应设备，发展到CCC与各种算法相结合得到的控制方法，如多轴耦合补偿控制、自适应前馈控制、变增益控制、轮廓误差补偿器、任务坐标系、无源性等算法与传统交叉耦合控制结合产生的各类新算法，将这些新算法应用于计算机（上位机和下位机）中，成为能够实现协同控制的多伺服系统。

这类协同控制方法的共同特征是，其软件中包含多运动轴多伺服系统模型，各运动轴伺服系统受到的负载或扰动信息可以直接或间接的反馈到其它运动轴的伺服系统。多运动轴多伺服系统模型的构建随着这类协同控制方法的研究和应用成为本领域技术人员的常规能力。

交叉耦合控制器通过多轴共同调节克服负载及扰动对多维空间曲线跟踪精度的影响，采用的是被动、同步调节方法来克服扰动提高空间曲线跟踪相对精度的方法，即扰动出现后再进行协同控制，控制器的控制作用和控制对象的运行时同步的方法。

在工业控制中，上位机和下位机的架构得到了广泛地应用。上位机和下位机均属于计算机，人机交互软件运行在上位机，下位机即控制器，下位机直接控制被控对象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多伺服系统预演协同控制系统及相应的控制方法，能够通过主动预先调节的方法来提高空间曲线跟踪相对精度。

为实现上述目的，本发明的多伺服系统预演协同控制系统包括用于人机交互的上位机和用于控制被控对象的下位控制器，上位机内置有运动控制器；上位机通过通讯装置与下位控制器相连接，下位控制器连接有作为被控对象的功率放大器、伺服电机、运动传感器和变送器。