具有零跟踪误差的数控机床进给伺服驱动技术研究

为提高数控机床伺服进给驱动的跟踪性能，从减少伺服进给系统频率特性中幅值上的跟踪误差和相位上的滞后误差两方面进行理论分析和应用可行性分析，研究了基于学习控制理论的开环迭代自学习、闭环迭代自学习、预测自学习三种控制器和基于零相位跟踪控制理论的扩展频带零相位跟踪控制器。仿真及实验研究表明，在经济型数字化交流伺服系统的基于数字信号处理器（OSP）运动控制器中应用这些技术，可以有效地将伺服驱动系统的跟踪误差降低90%，大大提高系统的控制精度和性能价格比。因此，这种具有零跟踪误差性能的伺服控制技术对于减少数控机械切削加工存在的跟踪误差、提高数控机床的加工精度具有相当重要的实验意义。 2100433B

常规的反馈控制仅利用了当前控制时刻的信息，当目标输入变化时，会因控制滞后而产生跟踪误差，因而仅利用常规的反馈控制不能满足高精度跟踪的要求。跟踪误差如从频域分析，可以分为由幅值误差引起的和由相位误差引起的两部分。为了减小误差，可考虑对它们分别进行补偿。对于前者可以用．放大器进行补偿，对于后者则可采取零极点对消的办法来进行相位补偿，但这种方法只适用于最小相位系统．对于非最小相位系统，接此原则设计系统剐会导致不希望的零极点对消。

为避免这一点，Tomizuka等人在1987年提出了采用预见控制，利用未来信息使从目标输到控制输出的相位差在全频率域内补偿到0的设计方案，即零相位误差跟踪控制(ZPETC) 。1992年舟桥康行、山田学在 采用两自由度控制系统的设计方法来设计零相位跟踪控制器，不仅将从目标输入到控制输出的相位差在垒频率域内补偿到 0，而且可谓整控制系统的增益特性。但是他所针对的典型信号中没有包括正弦信号，在跟踪正弦信号时，仍存在幅值误差，而且其设计过程比较复杂，不便于实际应用。

文献 通过参数在线辨识，在线动态调整零相位跟踪控制器的参数来克服参数的变化，使零相位跟踪控制器能与变化的系统保持一致，该方法的缺点在于参数自适应算法复杂，不易保证实时性。

文献 则从伺服系统的内环着手，通过鲁棒控制器来补偿机械非线性、扰动和参数的变化，使实际的闭环系统与名义系统相屙，然后按名义系统设计零相位跟踪控制器，该方案较好地克服了零相位跟踪控制器的缺点，但是性能优良的鲁棒控制器却不易设计。2100433B

仿真过程中，固定平台Y轴，X和z轴运动，期望Z轴在X，Z平面上运动轨迹为

从仿真结果我们可以看出，模糊CMAC作用力跟踪阻抗控制器能补偿平台动力学上的不确定性，基于位置阻抗控制的性能稍微优于基于力矩阻抗控制。为了进行仿真比较，我们用CMAC代替FCMAC进行仿真，固定y轴，X和z轴运动，期望z轴在x和Z平面上运动轨迹为

从仿真结果我们可以看出，FCMAC性能优于CMAC，基于位置阻抗控制的性能稍微优于基于力矩阻抗控制。另外，由于基于位置的阻抗控制方案无需改变内部的控制结构便可使位置控制平台系统实现鲁棒性作用力控制。