一种直驱龙门式运动平台轮廓控制装置及方法

摘要

本发明提供一种直驱龙门式运动平台轮廓控制装置及方法，该装置包括IPM、霍尔电流传感器、位置传感器、DSP控制系统、IPM隔离驱动保护电路；方法包括确定给定轮廓曲线和2Y/X方向直线电机的初始位置；对2Y/X方向直线电机位置采样；得到2Y/X方向直线电机的规划速度；抑制扰动并对规划速度精确跟踪；对2Y/X方向直线电机电流进行采样；对电流进行三相静止坐标到两相旋转坐标的变换；利用交轴计算推力并求出推力偏差；电流调节并进行两相旋转坐标到三相静止坐标的变换；对龙门式运动平台进行轮廓控制。本发明将NURBS输出的期望路径与位置偏差统一规划，并建立从曲线微分系统到欧氏微分系统的对应向量关系，转化为速度‑电流二环控制结构，从而提高系统轮廓加工精度。

主权项

一种直驱龙门式运动平台轮廓控制方法，采用一种直驱龙门式运动平台轮廓控制装置，包括IPM、霍尔电流传感器、位置传感器、DSP控制系统、IPM隔离驱动保护电路；IPM的输出端连接直驱龙门式运动平台2Y/X方向直线电机定子三相绕组的输入端；霍尔电流传感器、位置传感器均有两个，两个霍尔电流传感器的输入端分别连接直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机，两个位置传感器的输入端分别连接直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机，霍尔电流传感器的输出端、位置传感器的输出端分别连接DSP控制系统的输入端，DSP控制系统的输出端连接IPM隔离驱动保护电路的输入端，IPM隔离驱动保护电路的输出端连接IPM的逆变单元的输入端；该方法包括以下步骤：步骤1：根据待加工工件的形状进行轨迹规划，确定直驱龙门式运动平台的给定轮廓曲线和直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的初始位置；步骤2：对2Y/X方向直线电机位置采样；步骤3：建立从直驱龙门式运动平台的轮廓曲线微分系统到欧氏微分系统的对应向量关系，将位置‑速度‑电流的三环控制转化为速度‑电流的二环控制，利用流线场得到直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的规划速度；步骤4：利用Lyapunov函数抑制扰动并对直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的规划速度精确跟踪；步骤5：利用霍尔电流传感器对直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机电流进行采样；步骤6：分别对采样的2Y/X方向直线电机电流进行三相静止坐标到两相旋转坐标的变换；步骤7：利用交轴计算推力，并求出推力偏差；步骤8：根据推力偏差进行电流调节；步骤9：对调节后的电流值进行两相旋转坐标到三相静止坐标的变换；步骤10：将变换得到的电流值作为载波与三角波调制获得PWM信号；步骤11：PWM信号控制IPM隔离驱动保护电路的开通关断实现对2Y/X方向直线电机的电流控制，进而对龙门式运动平台进行轮廓控制；其特征在于：所述步骤3按以下步骤进行：步骤3‑1、计算二维平面上的任一点N(N_x，N_y)与直驱龙门式运动平台的给定轮廓曲线上的插值位置点R_P(u)之间的距离f(N，R_P(u))，R_P(u)的坐标为(x，y)；f(N，R_P(u))＝ζ||R_P(u)‑N||其中，ζ是距离向量权值，u是为给定轮廓曲线参数；步骤3‑2、选取距离值最小值，并计算距离矢量和切线矢量：$M(N,R_P(u\left)\right)=\underset{R_P\left(u\right)\in T}{min}f(N,R_P(u\left)\right),u\in T⋐[0,1]$距离矢量的计算可按照下面公式进行计算：$\overrightarrow{H}=\left[\begin{array}{c}\left|f(N,R_P(u\left)\right)\right|·\frac{2}{\left|\right|▿f(N,R_P(u\left)\right)\left|\right|}·(N_x-x)\\ \left|f(N,R_P(u\left)\right)\right|·\frac{2}{\left|\right|▿f(N,R_P(u\left)\right)\left|\right|}·(N_y-y)\end{array}\right]$由于切线矢量和距离矢量为互相垂直的，因此其内积为零，单位切线矢量表示为$\overrightarrow{S}=\left[\begin{array}{c}-\frac{2}{\left|\right|▿f(N,R_P(u\left)\right)\left|\right|}(N_y-y_0)\\ \frac{2}{\left|\right|▿f(N,R_P(u\left)\right)\left|\right|}(N_x-x_0)\end{array}\right]$其中，(x₀，y₀)表示直驱龙门式运动平台的给定轮廓曲线的中心；步骤3‑3、根据切线矢量与距离矢量，计算二维平面上的每个点的斜率矢量为：$\overrightarrow{K}=\left[\begin{array}{c}-\frac{2a}{\left|\right|▿f(N,R_P(u\left)\right)\left|\right|}(N_y-y)\\ \frac{2a}{\left|\right|▿f(N,R_P(u\left)\right)\left|\right|}(N_x-x)\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\frac{2\zeta }{\left|\right|▿f(N,R_P(u\left)\right)\left|\right|}\left|f(N,R_P(u\left)\right)\right|(N_x-x_0)\\ \frac{2\zeta }{\left|\right|▿f(N,R_P(u\left)\right)\left|\right|}\left|f(N,R_P(u\left)\right)\right|(N_y-y_0)\end{array}\right]$步骤3‑4：按照快速收敛规则对距离向量权值进行自适应修正；所述快速收敛规则如下：①当实际运动轨迹与给定轮廓曲线距离大于3mm时，加大距离向量权值，使实际运动轨迹快速接近给定轮廓曲线；②当实际运动轨迹与给定轮廓曲线距离在0～3mm之间时，加入切线权值系数；③当实际运动轨迹与给定轮廓曲线重合时，即距离向量权值喝切线权值系数均选取为1；步骤3‑5：利用步骤3‑1至3‑4构建出直驱龙门式运动平台轮廓轨迹的流线场并得到2Y/X方向直线电机的规划速度；步骤3‑6：分别将直驱龙门式运动平台的给定轮廓曲线上的插值位置点R_p、R_p+1……R_p+m作为期望位置点，将由位置传感器获得的位置点P_k、P_k+1、P_k‑1作为实际位置点，计算轮廓误差，将得到的轮廓误差分解为直驱龙门式运动平台的2Y/X方向直线电机的位置补偿量反馈给系统进行调整。