吕盾,刘硕,赵艳超,李文庆,赵万华,卢秉恒

(1.西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710054,西安; 2.科德数控股份有限公司,116600,辽宁大连)

高档数控机床一般指高速高精度多轴联动数控机床,广泛用于航空、航天、汽车及能源工程等领域关键零件的加工。跟随误差是数控机床精度的关键指标之一。进给过程中各轴跟随误差的大小直接决定了多轴数控机床联动轨迹误差及加工零件轮廓误差[1]。

跟随误差源于伺服控制对输入指令的相位滞后和对指令高频分量的衰减。当前,前馈控制器和滤波控制器结合是减小跟随误差的主流控制策略。

前馈控制器主要用于减小相位滞后,消除匀速运动中的跟随误差。零相差跟踪控制器(ZPETC)是前馈控制器研究中的代表性成果[2]。ZPETC适用于低频范围,无法在高频范围内实施有效控制,例如圆角跟随过程[3]。Tomizuka通过前馈增益滤波补偿器,改善了ZPETC增益随频率增加而降低的现象[4],零相差跟踪控制器依赖于系统模型的准确性[3],系统参数的变化和干扰会造成控制作用的失效,因此该方法与摩擦力、反向间隙及轨迹误差补偿[5]、干扰观测器[6]及鲁棒控制器[7]等方法结合,进一步增强了伺服系统抗参数变化能力和抗干扰能力。Tomizuka进一步引入参数在线识别算法,提出自适应零相差跟踪算法[8]。Tung等对ZPETC算法的性能进行了实验测试,发现其圆轨迹的加工精度相比于工业机床最高提高到了20倍[9]。Torfs等在此基础上提出一种拓展带宽零相差跟踪控制算法[10],首先施加零相差跟踪控制器,然后添加额外的前馈控制器以进一步消除剩余的跟随误差,实验证明了该算法可以获得远高于原始ZPETC算法的跟随精度。……