[发明专利]一种网络化多轴运动系统轮廓跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种网络化多轴运动系统轮廓跟踪控制方法，涉及多轴运动系统技术领域；它的控制方法如下：步骤一：网络化多轴运动控制系统建模；步骤二：网络化单轴跟踪控制算法；步骤三：多轴轮廓控制算法；步骤四：实验验证，基于半物理仿真平台的网络化多轴轮廓跟踪控制算法检验；本发明在软件仿真中模拟出网络诱导时延，数据丢包，在实物平台上添加扰动，参数摄动，结合实验结果对实验平台做出适当调整；在考虑网络诱导时延、数据丢包及外部扰动的影响情况下，提高轮廓跟踪控制精度。

技术领域

本发明属于多轴运动系统技术领域，具体涉及一种网络化多轴运动系统轮廓跟踪控制方法。

背景技术

在现代制造业的多轴运动控制系统应用中，轮廓跟踪控制是最常见的多轴运动控制任务之一，也是多轴运动控制的技术难点所在，轮廓加工精度是衡量生产质量的关键技术指标。目前传统的轮廓跟踪控制系统已经发展比较成熟，然而，将以太网引入到运动控制系统中，带来了新的因素和问题，其中网络诱导时延和数据丢包就是主要问题之一。网络时延和数据丢包使得控制器到执行器的控制量以及传感器到控制器的反馈量的传输不能实时达到，导致控制精度下降。如何结合网络环境下的轮廓跟踪控制的特性，消除时延和丢包对多轴轮廓控制精度的影响是一个值得探讨的问题。

发明内容

为解决现有网络时延和数据丢包使得控制器到执行器的控制量以及传感器到控制器的反馈量的传输不能实时达到，导致控制精度下降的问题；本发明的目的在于提供一种网络化多轴运动系统轮廓跟踪控制方法。

本发明的一种网络化多轴运动系统轮廓跟踪控制方法，它的控制方法如下：

步骤一：网络化多轴运动控制系统建模：

首先对本地系统进行实验建模，随后考虑网络时延和数据丢包对系统的影响，结合外部扰动建立网络化运动控制系统模型；建立具有网络诱导时延、数据丢包和扰动的网络化运动系统模型；

步骤二：网络化单轴跟踪控制算法：

滑模预测控制算法，根据系统模型设计滑动面，优化趋近率，降低抖动的影响；以优化后的趋近律作为实际滑动模态，以系统模型作为预测模型、根据系统模型和滑动面计算预测滑模状态，将实际滑动模态与预测的滑动模态之间的预测误差，修正未来的预测模态；滑模预测控制为了将预测模态与参考轨迹给之间的误差的最小化，因此设计代价函数，即滚动更新的性能指标，计算最佳的控制量；封装为控制数据包。利用补偿器，根据延迟时间，在控制数据包内选择控制信息。根据滑模预测控制方算法设计单轴跟踪控制器；分析单轴轮廓跟踪控制器的稳定性；

通过数值模拟，对比应用滑模控制器和预测滑模控制器的网络环境下单轴跟踪控制性能；

步骤三：多轴轮廓控制算法：

采用基于期望轮廓的泰勒标准展开式来进行轮廓误差估计，并与线性逼近方法做对比；

基于模糊PID的交叉耦合的轮廓控制算法，确定控制输入和输出；将输入和输出模糊化，建立模糊规则，根据模糊规则推理出模糊控制量，对模糊量进行反模糊化；设计基于模糊PID的交叉耦合轮廓控制器，分析控制器的稳定性；

通过数值模拟验证，验证模糊规则，对比基于PID的交叉耦合轮廓控制性能和基于模糊PID的交叉耦合轮廓控制性能；

步骤四：实验验证，基于半物理仿真平台的网络化多轴轮廓跟踪控制算法检验：

基于半物理仿真平台开展具有网络诱导时延和丢包及系统参数摄动的网络化多轴轮廓跟踪控制算法验证，通过对比试验，检验网络环境下多轴轮廓跟踪控制策略。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

一、在软件仿真中模拟出网络诱导时延，数据丢包，在实物平台上添加扰动，参数摄动，结合实验结果对实验平台做出适当调整。

二、在考虑网络诱导时延、数据丢包及外部扰动的影响情况下，提高轮廓跟踪控制精度。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。