一种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制装置及方法，属于多轴运动控制技术领域。根据指令运动轨迹的形状，设定位置坐标，两个直线电机接收到同样的指令信号并开始运动；确定每个直线电机的实测位置与实际速度；再计算每个直线电机的位置跟踪误差和转速偏差；若执行定位指令，则进行变速切换控制；在实时执行的动态轨迹跟踪控制过程中，通过选取Lyapunov函数，初步设计反演滑模控制律即永磁同步直线电机的控制电流，再结合自适应方法，实时修正该控制律，并将修正后的控制律即修正后的输入电流反馈至系统；本发明专利技术能够使平台的定位速度平滑过渡，提高平台的定位精度，且能够抑制平台系统中存在的扰动，实现对动态轨迹的精密跟踪控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多轴运动控制
，具体涉及一种双轴运动平台的定位与动态轨 迹跟踪控制装置及方法。
技术介绍
在工业控制中，高速、高精密运动控制作为装配制造业中的关键通用技术，广泛地 应用于芯片制造设备、高速数控加工中心、激光雕刻、机器人、精密机械设备等方面，特别芯 片制造产业和高速数控加工中心等高端制造装备对运动机构的高速、高加速度和高精度要 求是行业发展的共同要求。 双轴运动平台由两台永磁同步直线电机分别直接驱动轴向相互垂直的X、Y两轴 进行动态轨迹跟踪运动的二维平台，具有结构简单、加速度大、稳定性高等优点，在IC制 造、数控加工等领域已得到广泛应用。定位控制与动态轨迹跟踪控制精度是衡量双轴运动 平台性能的主要指标，即控制精准度高、双轴运动平台的系统响应速度快、定位行程长及抗 干扰能力强等特性为高精密运动平台必须要具备的条件。然而，采用直线电机直接驱动结 构虽然具有诸多优点，同时也为系统带来一些负面影响，如参数摄动、负载扰动、模型误差、 摩擦力、端部效应等不确定因素会极大的影响双轴运动平台系统的跟踪精度。另外，在平台 执行定位控制时，如果双轴运动平台系统超调量过大，会引起平台振动，影响双轴运动平台 系统的定位精度。 因此，如何很好的抑制上述扰动对双轴运动平台系统定位精度与动态轨迹跟踪精 度的影响对提高双轴运动平台控制装置的控制精度具有关键作用。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪 控制装置及方法。 本专利技术的技术方案是这样实现的： -种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制装置，包括：DSP处理器；用于将光 栅尺采集的位置速度信号转化为可被DSP识别的数字量的位置速度检测电路；用于采集电 机电流并将电流模拟量转变为DSP可以识别的数字量的电流检测电路；用于对DSP进行参 数设置和DSP处理结果进行显示的按键显示板； DSP处理器与按键显示板相连接；DSP处理器还依次通过功率接口板、IGBT驱动板 和两组三相半桥IGBT组同时与驱动双轴运动平台的X轴永磁同步直线电机和Y轴永磁同 步直线电机相连；每个永磁同步直线电机的输出端连接光栅尺、光栅尺与位置速度检测电 路相连，然后将检测的位置速度信号通过功率接口板送至DSP处理器的一路输入端；每个 永磁同步直线电机的电流输入线路上连接霍尔传感器，霍尔传感器与电流检测电路相连， 然后将检测的电流信号通过功率接口板送至DSP处理器的另一路输入端； 所述DSP处理器内还设置有位置给定器、变速切换控制器和主位置控制器； 所述的位置给定器用于根据指令运动轨迹的形状，分别对X轴永磁同步直线电机 与Y轴永磁同步直线电机的初始位置坐标及实时运动位置坐标进行设定； 所述的变速切换控制器：根据定位控制指令发出的时刻，预设时刻'、、、。、。，并 分别在时间段（t〇~t i)、（1^~t 2)、（t2~t 3)内依次完成双轴运动平台的等加速度控制、 等速度控制与等减速度控制； 所述的主位置控制器：在实时进行的动态轨迹跟踪控制过程中，通过选取 Lyapunov函数，初步设计反演滑模控制律，再结合自适应方法，实时修正该控制律，并将修 正后的控制律反馈至系统，以消除双轴运动平台执行动态轨迹跟踪过程中产生的跟踪误 差。 -种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制方法，具体包括以下步骤： 步骤1 :根据指令运动轨迹的形状，分别对X轴永磁同步直线电机与Y轴永磁同步 直线电机的初始位置坐标及实时运动位置坐标进行设定，两个直线电机接收到指令信号后 开始运动； 步骤2 :对每个直线电机的实际位置进行采样、并确定每个直线电机的实际速度； 步骤3 :将每个直线电机的实测位置与指令位置进行比较、每个直线电机的实际 速度与指令速度进行比较，分别获得每个直线电机的位置跟踪误差和转速偏差； 步骤4 :实时查询是否收到定位控制指令，是，则执行步骤5 ;否，则执行步骤6 ; 步骤5 :进行双轴运动平台的定位控制时，根据定位控制指令发出时刻，预设时刻 t。、V t2、t3，并分别在时间段（tQ~t J、匕~12)、（t2~t 3)内依次完成双轴运动平台的 等加速度控制、等速度控制与等减速度控制后，执行步骤6 ; 步骤5-1 :在t。时刻，进行双轴运动平台的等加速度控制：预设直线电机等加速度 值，且设计加速度滑动平面S1，为使得V 1负定，即使81稳定收敛，设计等加速度控制参数 hJPh2，使得 Sl、hJPh2满足式（1)和式（2)，以保证直线电机能够在时间段（t。一、）持 续以等加速度值B 1运动； 式中，M为直线电机负载质量，Z1为直线电机的位置跟踪误差,X2Sz 1的一阶微分， B为粘滞摩擦系数，Fd为外部干扰力，K f为电磁推力系数； 步骤5-2 :当到达h时刻时，进行双轴运动平台的等速度控制；预设直线电机等速 度值vd，且利用速度偏差设计等速度滑动平面S 2，为使得负定，即使得&稳定收敛，设计 等速度控制参数匕和h 4，使得s2、h#P h 4满足式（3)、（4)和式（5)，以保证直线电机能够在 时间段㈨~12)持续以等速度值V d运动； S2=X2-Vd (3) (4) (5) 步骤5-3 :当到达t2时刻时，进行双轴运动平台的等减速度控制；预设直线电机的 等减加速度值a2，且设计等减速度滑动平面S 3，为使得负定，即使得S3稳定收敛，设计等 减速度控制参数匕和h 6，使得s3、h#P h 6满足式（6)、（7)和式（8)，以保证直线电机能够在 时间段（t2~1 3)持续以等减加速度值a2运动； (?) (T) (8) 步骤5-4 :当到达t3时刻时，执行步骤6 ; 步骤6 :在实时执行的动态轨迹跟踪控制过程中，通过选取Lyapunov函数，初步设 计反演滑模控制律即控制输入电流，再结合自适应方法，实时修正该控制律，并将修正后的 控制律即修正后的输入电流反馈至系统，以消除双轴运动平台执行动态轨迹跟踪过程中产 生的跟踪误差； 步骤6-1 :建立第一个稳定函数匕为： 式中C1为任意正数，Y d为直线电机初始给定位置，Y为直线电机实测位置； 步骤6-2 :建立第二个稳定函数132为：C11) 步骤6-3 :选取双重Lyapunov函数Vp V2,通过保证V2大于零，V 2的导数汽负定， 初步设计反演滑模控制律U，使得当t 时，系统状态变量^与b 2收敛到零； 步骤6-3-1 :选取第一个Lyapunov函数V1，如式（12)所示，并对V1求导，结果由式 (13)表示；_1] (12) (13) 步骤6-3-2 :定义一个滑模面σ，如式（14)所示，并根据Lyapunov函数V1，选取第 _5] U5) 二个Lyapunov函数V2由式（15)表示； 式中，Ic1为任意常数。 步骤6-3-3 :对V2求导，结果由式（16)表示； 步骤6-3-4 :为保证V2正定，t负定，初步设计反演滑模控制律U为： 式中A"、Bni与C "为直线电机参数；D为系统总干扰量； 步骤6-4 :结合自适应方法，实时修正控制律，并将修正后的控制律反馈至系统， 以消除双轴运动平台执行动态轨迹跟踪过程中产生的跟踪误差； 步骤6-4-1 :进一步选择式（18)所示的L本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双轴运动平台的定位与动态轨迹跟踪控制装置，包括：DSP处理器；用于将光栅尺采集的位置速度信号转化为可被DSP识别的数字量的位置速度检测电路；用于采集电机电流并将电流模拟量转变为DSP可以识别的数字量的电流检测电路；用于对DSP进行参数设置和DSP处理结果进行显示的按键显示板；DSP处理器与按键显示板相连接；DSP处理器还依次通过功率接口板、IGBT驱动板和两组三相半桥IGBT组与构成双轴运动平台的X轴永磁同步直线电机和Y轴永磁同步直线电机相连；每个永磁同步直线电机的输出端连接光栅尺、光栅尺与位置速度检测电路相连，然后将检测的位置速度信号通过功率接口板送至DSP处理器的一路输入端；每个永磁同步直线电机的电流输入线路上连接霍尔传感器，霍尔传感器与电流检测电路相连，然后将检测的电流信号通过功率接口板送至DSP处理器的另一路输入端；其特征在于：所述DSP处理器内还设置有位置给定器、变速切换控制器和主位置控制器；所述的位置给定器用于根据指令运动轨迹的形状，分别对X轴永磁同步直线电机与Y轴永磁同步直线电机的初始位置坐标及实时运动位置坐标进行设定；所述的变速切换控制器：根据定位控制指令发出的时刻，预设时刻t0、t1、t2、t3，并分别在时间段(t0～t1)、(t1～t2)、(t2～t3)内依次完成双轴运动平台的等加速度控制、等速度控制与等减速度控制；所述的主位置控制器：在实时进行的动态轨迹跟踪控制过程中，通过选取Lyapunov函数，初步设计反演滑模控制律，再结合自适应方法，实时修正该控制律，并将修正后的控制律反馈至系统，以消除双轴运动平台执行动态轨迹跟踪过程中产生的跟踪误差。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，付莹，肖冰，李明，张亮，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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