基于交叉耦合的双自由度平台协同控制

摘要 ............................................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................................... I I 目录 ............................................................................................................................ IV 第1章绪论 .. (1)

1.1课题背景及研究的目的意义 (1)

1.2国内外发展现状 (2)

1.2.1 轮廓控制发展现状 (2)

1.2.2 交叉耦合控制发展现状 (3)

1.3本文主要研究内容 (4)

第2章精密运动平台扰动抑制及同步策略 (6)

2.1引言 (6)

2.2双工件台系统组成 (6)

2.3直线电机概述 (7)

2.3.1 直线电机原理 (7)

2.3.2 直线电机控制技术 (8)

2.4直线电机控制系统设计 (9)

2.5扰动分析及补偿 (10)

2.5.1 直线电机扰动来源分析 (10)

2.5.2 扰动的模型辨识 (12)

2.5.3 扰动抑制 (15)

2.6同步控制策略及仿真 (17)

2.6.1 同步控制概略 (17)

2.6.2 Y向电机同步控制设计 (19)

2.6.3 Y向双电机仿真 (19)

2.7小结 (20)

第3章基于交叉耦合的精密运动平台轮廓控制 (22)

3.1引言 (22)

3.2交叉耦合控制概述 (22)

3.3两种不同结构的比较 (25)

3.4系统稳定性分析 (26)

3.5仿真和比较 (29)

3.6小结 (30)

第4章任意轨迹跟踪的轮廓误差估计方法 (32)

4.1引言 (32)

4.2基于圆弧和直线插补方法的轮廓误差估计 (32)

4.3基于任务坐标的轮廓误差估计 (34)

4.3.1 原理分析 (34)

4.3.2 仿真及分析 (35)

4.4基于牛顿迭代的轮廓误差估计 (39)

4.5基于搜索优化的轮廓误差估计 (44)

4.5.1 算法原理分析 (45)

4.5.2 算法的时间和空间复杂度分析 (49)

4.5.3 仿真和分析 (50)

4.6小结 (53)

第5章系统实现及算法验证 (54)

5.1引言 (54)

5.2系统组成 (54)

5.2.1 上位机 (56)

5.2.2 IC6主卡及VxWorks (57)

5.2.3 VME总线 (58)

5.2.4 运动控制卡 (60)

5.3实物实验 (61)

5.3.1 同步实验 (61)

5.3.2 圆轨迹跟踪实验 (61)

5.3.3 玫瑰线跟踪实验 (64)

5.3.4 心形线跟踪实验 (66)

5.4小结 (68)

结论 (69)

参考文献 (70)

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (74)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (75)

致谢 (76)

第1章绪论

1.1 课题背景及研究的目的意义

当今世界，以信息技术，生物技术，新材料技术，新能源技术，空间技术和海洋技术等高新技术为首的科学技术迅猛发展，革新了全球的工业生产，也深刻改变了并将继续改变人们的生活。

精密和超精密制造技术是所有技术中最基础同时也是最尖端的技术，处于产业链的最顶端，大多数制造业都依赖于精密和超精密制造业提供的关键零部件，大到航天的飞船和航海的巨轮，小到手持手机芯片和进行人体旅行的微型胶囊。精密和超精密制造业同时还是利润丰厚的行业，高科技设备的关键通常在其采用的精密零件，这部分零件常常占成本的大头，因此也占去了大部分的利润。

作为所有技术门类中最基础的技术，精密和超精密制造技术的进步和革新带来的是整个制造行业、整个工业全线的革新，这些改变最终将全面影响人们的生活，最终带来的是整个社会的进步。

由于我国是这个领域的后进国家，许多设备和零件，比如图1-1所示高性能的芯片，只能依赖进口，因此每年只能花费大量外汇用于进口精密制造设备和精密器件[1]。另外，由于国外对我国高精尖设备和技术的垄断和禁运，很多设备和技术都受制于人，这些设备和仪器正是我国发展尖端技术所必须的。因此，发展精密和超精密制造技术对我国进行产业升级换代，打破技术垄断，实现跨越式发展具有重要意义。

图1-1 高性能的芯片

精密和超精密加工技术[2]是精密和超精密制造技术至关重要的一环，如图1-2所示精密加工中心，追求加工的精度和极限，而加工的过程通常都离不开一定的机械和电气机构，如何控制这些执行机构去完成相应的动作，这是自动控制的范畴，因此，精密和超精密加工技术离不开自动控制技术[3]。