【技术实现步骤摘要】
一种机床主轴精密运动输出反馈控制方法
本专利技术涉及一种控制方法，具体涉及一种机床主轴精密运动输出反馈控制方法，属于机电伺服控制领域。
技术介绍
机床主要用于工件的加工，机床的性能直接决定着工件的最终加工性能。目前机床主轴主要采用伺服电机驱动，主要是由于电机具有响应速度快、能源获取便利、维护便利等优点。工业、工程等领域针对电机伺服系统的运动控制仍然主要基于经典三环(电流环、速度环及位置环)控制，然而随着这些领域朝着高性能方向发展，这种常用的控制方法已逐渐不能满足系统的需求。因此，迫切需要研究更加先进的控制方法。电机伺服系统在运行过程中必然会受到模型不确定性的影响，包括参不确定的影响比如变化的负载质量/转动惯量和粘性摩擦、库仑摩擦等摩擦系数通常难以精确获取，以及外部扰动的影响比如突发的外部扰动、加工工件时产生的切削力等，此外系统还会受到测量噪声的影响。这些不利因素的存在会使系统期望的控制性能恶化，甚至导致所设计的闭环控制器失效。目前针对考虑机床主轴驱动电机伺服系统不确定性因素的先进控制策略，有自适应鲁棒控制、自适应滑模...
【技术保护点】
1.一种机床主轴精密运动输出反馈控制方法，其特征在于：具体步骤如下：/n步骤(1)：建立机床主轴驱动电机伺服系统的数学模型；/n步骤(2)：设计参数自适应律对系统遭受的不确定性参数进行估计；/n步骤(3)：设计自适应状态观测器对系统中的速度进行估计；/n步骤(4)：设计机床主轴精密运动输出反馈控制器；/n步骤(5)：选取恰当的观测器带宽以及对角自适应律矩阵并调节参数的值保证机床主轴驱动电机伺服系统的位置输出准确地跟踪期望的位置指令。/n
【技术特征摘要】
20191203 CN 20191121992351.一种机床主轴精密运动输出反馈控制方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤(1)：建立机床主轴驱动电机伺服系统的数学模型；
步骤(2)：设计参数自适应律对系统遭受的不确定性参数进行估计；
步骤(3)：设计自适应状态观测器对系统中的速度进行估计；
步骤(4)：设计机床主轴精密运动输出反馈控制器；
步骤(5)：选取恰当的观测器带宽以及对角自适应律矩阵并调节参数的值保证机床主轴驱动电机伺服系统的位置输出准确地跟踪期望的位置指令。
2.根据权利要求1所述的机床主轴精密运动输出反馈控制方法，其特征在于：所述步骤(1)：建立机床主轴驱动电机伺服系统的数学模型包括如下步骤：
根据牛顿第二定律且简化电机的电气动态为比例环节，机床主轴驱动电机伺服系统的运动方程为：
公式(1)中J为负载转动惯量；y为负载角位移；ku为力矩放大系数；u为系统的控制输入电压；和为负载所受到的不同的摩擦力，其中γ1、γ2、γ3均为反映不同摩擦力形状的系数；p1、p2为反映不同摩擦力水平的幅值；B为粘性摩擦系数；f(t)为工件在加工过程中产生的时变外干扰；
为了便于后续控制器的设计，选取状态矢量x为其中x1、x2分别为负载的角位移、角速度，定义已知参数定义未知参数集合θ＝[θ1,θ2,θ3]T,其中未知参数θ1＝p1/J、θ2＝p2/J、θ3＝B/J，则电机伺服系统的运动学方程可以转化为如下状态方程形式：
公式(2)中fd(t)＝f(t)/J，ψ(x1,x2)＝[-Fm1(x2),-Fm2(x2),-x2]T；
控制目标：在机床主轴驱动电机伺服系统同时遭受参数不确定性和时变扰动的工况下，设计输出反馈控制器，使系统输出y＝x1尽可能精确地跟踪期望的光滑指令yd＝x1d；
假设1：系统期望跟踪的指令信号x1d(t)是三阶连续可导的，且系统期望位置指令、速度指令及加速度指令都是有界的；
假设2：系统未知参数集θ满足：
公式(3)中θmax＝[θ1max,θ2max,θ3max]T和θmin＝[θ1min,θ2min,θ3min]T分别为θ的已知上界和下界。此外，fd(t)∈C3并且满足α＝supt≥0|f(t)|，其中α为已知正常数。
3.根据权利要求1所述的机床主轴精密运动输出反馈控制方法，其特征在于：所述步骤(2)：设计参数自适应律对系统遭受的不确定性参数进行估计包括如下步骤：
定义不连续投影函数为：
公式(4)中p＝1,2,3，·...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨贵超，洪荣晶，王华，陈捷，张浩，
申请(专利权)人：南京工大数控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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