直线电机驱动H型精密运动平台轮廓误差分析与协同控制研究

H-type precision motion table driven by linear motor is widely used in precision measurement, laser engraving and CNC precision machining. With the increasing requirements of machining accuracy, reducing the contour error has become a key technology to improve the machining accuracy. Multi input/multi output nonlinear coupled dynamic model of table is constructed in the project based on the movement mechanism analysis of system in order to meet the requirements of complex contour machining for high speed and high accuracy. The construction method of three degree-of-freedom (3-DOF) plane contour error model with synchronous error is proposed, and the contour error is directly used as the control object of trajectory tracking; Coordinate control method of H-type precision motion table based on L2 gain is presented, and the norm of the contour error is defined as the L2 gain to design multivariable integration coordination controller. It can be proved that the algorithm satisfies the dissipative inequality and the asymptotically stable condition of the system based on the dissipative theory and Lyapunov stability theory. With the experimental research of H-type precision motion experimental table based on DSP carried out, a complete control theoretical system of H-type precision motion table mechanism analysis, error modeling and advanced control method is formed. The theory achievements of this project and the scientific problems to be solved will make the multi-axis precision control theory of CNC machine tools and robots enrich and develop. It has profound scientific significance.

直线电机驱动H型精密运动平台广泛应用于精密测量、激光雕刻、数控机床精密加工等场合。随着对加工精度要求的不断提高，减小轮廓误差已成为提升加工精度亟待突破的关键技术。为满足高速、高精度复杂轮廓加工要求，本项目深入研究H型精密运动平台的运行机理，构建多输入/多输出非线性耦合动力学模型；提出融合同步误差的三自由度平面轮廓误差模型的构建方法，将轮廓误差直接作为轨迹跟踪的控制目标；提出基于L2增益的运动平台协同控制方法，将轮廓误差的范数定义为L2增益，设计多变量一体化协同控制器，应用耗散性理论和Lyapunov稳定性理论证明算法满足耗散不等式和系统渐近稳定条件；进行基于DSP的H型精密实验平台实验研究，形成H型精密运动平台机理分析、误差建模及先进控制方法的完整理论体系。本项目的理论研究成果和拟解决的科学问题将使数控机床、机器人等领域的多轴精密控制理论得以丰富和发展，具有重要的科学意义。

直线电机驱动H型运动平台广泛应用于数控机床精密加工、精密测量、激光雕刻等场合。随着对加工精度要求的不断提高，减小轮廓误差已成为提升加工精度亟待突破的关键技术。.本项目深入分析直驱H型精密运动平台的运行机理，构建了多输入/多输出非线性耦合动力学模型；对直驱H型平台的轮廓误差估计方法进行研究，提出了融合同步误差的三自由度平面轮廓误差模型的构建方法；深入研究直驱H型运动平台的单轴跟踪控制方法，提出了基于高阶非奇异快速终端滑模控制、分数阶迭代学习控制、自适应分数阶滑模控制的跟踪控制策略；设计了基于鲁棒最优同步控制、递归小波模糊神经网络同步控制、非奇异终端滑模交叉耦合控制等直驱H型平台的同步运动控制策略，减小系统的同步误差；提出H型运动平台轮廓跟踪协同控制方法，采用高阶滑模控制、迭代学习控制等方法设计鲁棒轮廓控制器，提高轮廓跟踪精度；设计以DSP为控制核心的H型运动平台实验系统并实施轮廓跟踪实验研究，设计平台系统的硬件电路、软件程序，进行系统的运行与调试，验证了轮廓误差模型的准确性及各种控制策略的可行性。.本项目的主要研究成果包括：完成了直驱H型精密运动平台运动机理分析与非线性动力学模型建立；完成了直驱H型平台的多种同步控制策略研究与同步控制器设计；完成了H型运动平台的轮廓跟踪控制策略研究和一体化协同控制器设计；完成了H型运动平台的实验样机制作及实验验证，性能指标达到预期要求。在国内外重要学术刊物和国际学术会议上发表论文34篇，其中SCI检索4篇，EI检索17篇；依托本项目研究成果，获授权专利4项，申请国家发明专利2项；培养毕业硕士生20名，在读博士生4名，在读硕士生1名。.本项目的理论研究成果和所解决的科学问题，将使多轴协调控制理论得以丰富和发展，具有重要的科学意义。其研究成果将对数控机床、机器人、半导体制造设备等领域的多轴协调控制奠定理论和应用基础，具有积极的指导意义。