[发明专利]基于干扰观测滑模变结构的轮廓误差交叉耦合控制方法

说明书

本发明公开的一种基于干扰观测滑模变结构的轮廓误差交叉耦合控制方法，该方法提出了将滑模变结构控制、扰动观测器以及交叉耦合控制相结合的控制策略。具体步骤包括设计基于扰动观测的单轴伺服滑模变结构控制器；对基于扰动观测的滑模变结构控制算法进行稳定性分析；设计基于PID控制算法的交叉耦合控制器；仿真结果与分析。基于扰动观测的滑模变结构控制能有效消除扰动的影响，增强系统鲁棒性，实现单轴运动准确跟踪；交叉耦合控制则用于消除各轴之间增益参数和动态不匹配的影响，减小轮廓误差，实现多轴协调运动。最后通过两轴系统仿真模型，证明了该控制方法的有效性和优越性，实现了对跟踪误差和轮廓误差的有效补偿的。

技术领域

本发明涉及一种多轴伺服系统的控制方法，具体涉及一种基于干扰观测滑模变结构的轮廓误差交叉耦合控制方法。

背景技术

为提高伺服系统的轮廓控制精度，传统的多轴运动控制是通过对每轴设计运动控制器，提高单轴运动精度，减小伺服系统的各轴跟踪误差，从而间接达到减小轮廓误差，提高系统轮廓精度的目的。但是这种针对单轴独立控制的非耦合控制方法在各运动轴动态特性不匹配且系统存在外部扰动的情况下，各轴间的不可见性使整个多轴伺服系统的协调运动存在一定的局限性。当其他轴的负载或速度发生变化时，不能做相应的调整，从而影响跟踪误差和轮廓精度。

在各种跟踪控制策略中，滑模变结构控制能使系统状态沿着人为规定的滑模面运动，不受参数摄动和外界干扰的影响，具有良好的鲁棒性，能有效保证单轴跟踪精度。但是，在伺服系统运行及其周围环境中，扰动不可避免，伺服系统所承受的各种扰动影响着系统的跟踪精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高伺服系统轮廓控制精度的基于干扰观测滑模变结构的轮廓误差交叉耦合控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于干扰观测滑模变结构的轮廓误差交叉耦合控制方法，该控制方法包含：

S1，针对单轴伺服运动采用滑模变结构控制，并通过扰动观测器对扰动进行观测，对扰动进行有效补偿；

S2，根据所述步骤S1，对基于扰动观测的滑模变结构控制算法进行稳定性分析判断；

S3，建立两轴联动伺服系统的轮廓误差估计模型；

S4，基于所述步骤S3，设计基于PID控制算法的交叉耦合控制器，根据各坐标轴的反馈信息，实时修正轮廓误差模型增益，获得各轴的最佳补偿修正量，并送给各坐标轴，从而减小和消除轮廓误差。

进一步地，所述步骤S1的具体过程如下：

针对两轴执行机构Gx和Gy分别为考虑带有干扰的二阶系统：

其中，a,b为大于零的常数，d为外部干扰信号，u为控制输入。

其中，以X轴执行机构Gx为例，针对公式(1)，取参考输入为r_dx，则跟踪误差为e_x＝r_dx-r_x，r_x为实际输出。

令滑模函数s为

其中，c为大于零的常数。

则

基于干扰补偿的滑模控制器设计为

其中，为X轴扰动估计误差，满足η为大于零的常数。

设计扰动观测器为