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三轴电磁-压电混合驱动快速刀具伺服的轨迹跟踪控制 被引量：4
1
作者 朱志远 朱紫辉 +2 位作者 周晓勤 朱利民 朱志伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期2236-2247,共12页
三轴快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)具有更高的刀具空间运动柔性,逐渐用于复杂光学曲面和微纳结构表面的切削加工。针对所研制电磁-压电混合驱动三轴FTS存在的轴间耦合、高频谐振和迟滞非线性等因素对轨迹跟踪性能的影响,研究综合... 三轴快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)具有更高的刀具空间运动柔性,逐渐用于复杂光学曲面和微纳结构表面的切削加工。针对所研制电磁-压电混合驱动三轴FTS存在的轴间耦合、高频谐振和迟滞非线性等因素对轨迹跟踪性能的影响,研究综合补偿策略实现三轴空间轨迹的高性能跟踪控制。以陷波滤波器抑制系统高频谐振,以前馈解耦补偿弱化平面轴间耦合;针对法应力电磁驱动和压电驱动的迟滞非线性,提出以线性动力学模型级联Prandtl-Ishlinskii模型描述各轴的动态迟滞特性,并构建无需直接求逆的迟滞前馈补偿模型,实现系统的迟滞非线性补偿。谐波扫频测试结果表明:所采用的陷波滤波器可以很好地消除高频谐振,前馈解耦补偿可将平面XY轴间的耦合幅值降低约14 dB。宽频域内迟滞建模结果表明:平面XY轴和Z轴的动态迟滞建模误差分别小于±2.2%和±1.8%。以PID为主控制器,对宽频谐波(10~100 Hz)的跟踪结果表明:采用综合补偿策略获得各轴的最大跟踪误差约为仅采用逆动力学前馈补偿的25%~50%,进一步对空间螺旋球面轨迹进行了跟踪测试,证明了所构建的综合补偿控制策略的有效性。 展开更多
关键词 快速刀具伺服 轨迹跟踪控制 陷波滤波器 前馈解耦补偿 动态迟滞模型
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非最小相位法向电磁应力驱动快速刀具伺服系统轨迹跟踪控制
2
作者 沈东冉 朱紫辉 +2 位作者 黄鹏 朱利民 朱志伟 《南京理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期415-421,468,共8页
基于快速刀具伺服(FTS)的金刚石车削是复杂光学表面超精密制造的一种高效手段。为进一步提高具有非最小相位特征的电磁法应力驱动FTS的控制性能,将系统逆动力学补偿嵌入主控制回路中以改善被控对象动力学特征。对改善后的被控系统以比... 基于快速刀具伺服(FTS)的金刚石车削是复杂光学表面超精密制造的一种高效手段。为进一步提高具有非最小相位特征的电磁法应力驱动FTS的控制性能,将系统逆动力学补偿嵌入主控制回路中以改善被控对象动力学特征。对改善后的被控系统以比例微分积分(PID)和前馈补偿作为主控制器,并以基于内模原理的并联谐振控制器实现周期性轨迹的超高精度跟踪。考虑系统非最小相位特征,结合因子分解和镜像极点配置方法获得了系统稳定逆动力学模型。实验测试结果表明:该文所设计的控制方法,获得了1070 Hz(-3 dB)闭环带宽;100 Hz正弦轨迹实际跟踪误差小于±0.375%,并可对5 nm台阶轨迹进行稳定闭环跟踪,证明所设计的FTS控制系统可有效实现nm精度切削。 展开更多
关键词 快速刀具伺服 法向电磁应力驱动 非最小相位系统 逆动力学补偿 谐振控制
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Maxwell电磁力驱动快速刀具伺服系统轨迹跟踪控制 被引量：4
3
作者 夏薇 朱紫辉 +2 位作者 陈栎 朱利民 朱志伟 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期259-265,共7页
Maxwell电磁力驱动避免了压电驱动器行程小和音圈电动机驱动力不足的固有缺点,在快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统中极具应用前景。针对Maxwell电磁力驱动FTS系统的高性能轨迹跟踪问题,提出以阻尼控制改善被控对象基本动力学特性... Maxwell电磁力驱动避免了压电驱动器行程小和音圈电动机驱动力不足的固有缺点,在快速刀具伺服(fast tool servo,FTS)系统中极具应用前景。针对Maxwell电磁力驱动FTS系统的高性能轨迹跟踪问题,提出以阻尼控制改善被控对象基本动力学特性,再基于频域整形方法优化设计高增益PID控制器,实现FTS的高带宽控制。为降低阻尼控制系统名义模型阶次,提出以比例增益近似替代阻尼控制系统传递模型,并结合扰动观测器对前馈增益未建模部分进行估计与主动补偿。以所设计的一种Maxwell电磁力驱动FTS为对象,借助扫频激励辨识了系统名义模型,并据此设计了各控制器参数。试验测试结果表明:所设计的阻尼控制器可以有效抑制系统谐振并提高PID控制系统带宽,基于扰动观测的前馈补偿器的引入可大幅降低轨迹跟踪误差。最终对25μm幅值、25 Hz频率的谐波轨迹跟踪获得了±0.16μm的误差。 展开更多
关键词 快速刀具伺服 Maxwell电磁力 阻尼控制 PID控制 扰动观测器
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基于开环快刀伺服的微结构表面高速车削创成
4
作者 朱紫辉 周荣晶 +2 位作者 黄鹏 朱利民 朱志伟 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期871-881,共11页
提出了一种开环快刀伺服(Fast tool servo,FTS)系统实现方法,对微结构表面进行高速切削以提高微结构制造效率.针对宽频FTS系统设计,以压电叠堆和柔性铰链为驱动器和导向机构,借助解析模型优化设计了FTS装置参数并进行了有限元验证,实验... 提出了一种开环快刀伺服(Fast tool servo,FTS)系统实现方法,对微结构表面进行高速切削以提高微结构制造效率.针对宽频FTS系统设计,以压电叠堆和柔性铰链为驱动器和导向机构,借助解析模型优化设计了FTS装置参数并进行了有限元验证,实验测试结果表明所设计的FTS获得了预期性能.针对宽频域轨迹跟踪,采用线性动力学模型级联静态Prandtl-Ishlinskii迟滞模型,构建并联合辨识获得了FTS输入与输出间的映射模型,并通过动态迟滞补偿实现了kHz级宽频域内一致性的建模精度和轨迹跟踪精度.最终,借助精密数控车床和FTS样机搭建了切削系统,以典型微结构表面切削创成验证了所提出开环FTS高速切削的可行性. 展开更多
关键词 超精密车削 快刀伺服 高速车削 微结构表面 动态迟滞补偿
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