《电加工与模具》2008年第6期 工艺·装备 的设计,通过对宏动和微动运动环节控制的改进可定),基于精确模型设计的控制器很难达到理想的控 大大改善系统以上缺点。图4所示为在该基础结构制效果。当模型不确定性存在时,一般采用自适应 基础上设计的跟踪寻轨主从控制系统。 和鲁棒控制方法来达到控制目标。当模型不确定性 的界已知时,通常采用滑模控制方法和神经网络动 态补偿自适应的控制方法。 3结论 本文根据微尺度三维结构加工的特点,研究、寻 求创成三维结构高加工精度的原理,初步建成超高 精度三维结构的微制造系统原型,主要解决大行程 驱动中高精度微进给技术。在设计中分析了现有的 图4平行结构系统原理图 精密运动平台的搭建原理及各种电机、反馈装置的 宏动控制系统一般采用简单闭环控制。微动控优缺点。最终完成一种新的、可用于多种微加工方 制系统则采用能够保证系统稳态精度和动态响应速法的、低速、多自由度的、具有纳 度的控制方法,例如前馈+反馈等。原文中,两个系平台的设计方案。 统一般采用不同精度的位移传感器进行反馈,问题 在于惯性位移部分应如何处理。6 参考文献 可实现粗动精动分别运动和同时运动,也就是1刘建琴,张策,王玉新,等,微进给机构综述[].机械传动 可以本在方案的结构基础上实验不同的运动方式。 199923(1):4 为了今后实验中设计具体控制方案,可以将这个运[2]庄夔,庄永方,王玉民,等.超微进给工作台及超薄切片机[ 动协调控制的功能模块从运动控制器中分离出来 器仪表学报,1995,16(2):193-196 单独完成两个运动之间的协调,便于采用数字逻辑 [3]宋文荣,于国飞,王延风,等,磁悬浮微进给机构研究[J.中国 机械工程,2003,14(13):1090-1093 控制方法的实施。 [4]戴一帆,彭小强,超精密车床伺服进给机构设计研究[J].光学 该方案的数字控制应用,从查阅的文章来看目 精密工程,20004):355-359 前的二级传动应用控制系统大部分都是基于这种结[5张飞虎张春河,王平一种纳米级超精密镜面磨削的微进给 构开发出来的。在这种基本结构上,采用不同设计 工作台[].仅器仪表学报,1996,17(1):388 方法进行控制器的设计,可以满足多种系统的需要, [6] amplifiers[J]. Innovative Actuators for Mechatronic Systems IEE 因此采用这用控制系统结构是比较利于今后的研究 Colloquium on, 1995(11): 1-5 工作的 7] Goo Bong Chung, Byung-Ju Yi, etl. Design and analysis of a spa 无论采用以上那种结构方案,本系统的都属于 tial 3-DOF Micromanipulator for tele-operation[C].Proceedings MIMO(多人多出)系统。系统输入为,目标点三坐 of the 2001 IEEE/RS] Systems Maui, Hawaii, USA, Oct. 29 标X、Y、Z,输出为粗动台的3轴运动量和微动台 的3轴运动量。设计控制器时釆用现代控制理论, 对整个定位系统的结构建立动力学等效模型。在此(上接第60页) 基础上,抽象出该系统执行机构等各部分的传递矩参考文献: 阵G(s),并抽象出整个系统的结构框图,通过系统 machining characteristics of micro- EDM using transistor type iso 辨识,确定整个系统状态方程。然后根据系统的特 pulse generator and servo feed control[ J]. Precision Engineering 点与要求选择合适的控制(如PID、最优控制等)方 2004,28:378-385 法,求解出系统状态方程中控制器矩阵的各参数,则2]ChGx, CouGH,DisC,etal. Design of energy-controllable 完成控制器的设计 pulse[J]. Key Engeering Materials, 2008, 375-376: 403-407 如控制对象的模型存在较多的非线性因素和不3黄正瑾,CPLD系统设计技术入门与应用M].北京:电子工 业出版社,2002 确定因素(例如动态误差等),即精确的系统模型难41何信龙,PC16F87X快速上手[M].北京:清华大学出版杜 以建立的时候(系统状态方程的参数难以辨识确 2002《电加工与模具)2oo8年第6期 工 艺·装备 的设计 ，通过对 宏 动 和微 动运 动 环节 控 制 的改进 可 大大改善 系统 以上 缺点 。图 4所示 为在该 基础结构 基础上设 计 的跟 踪寻轨 主从控制 系统 。 1夏 鼐 图 4 平 行 结 构 系统 腺 理 图 宏动控 制系统一 般采用 简单 闭环控 制 。微 动控 制 系统则采 用能够保 证系统稳 态精度 和动态 响应速 度的控制方 法 ，例 如前馈 +反 馈等 。原文 中 ，两 个 系 统一般采用 不 同精度 的 位移 传感 器 进行 反 馈 ，问题 在于惯性 位移 部分应 如何 处理 。 可 实现 粗 动精 动分 别运 动和 同 时运动 ，也 就是 可 以本在 方案 的结 构基 础上 实 验不 同的运 动 方式 。 为 了今后 实验 中设计 具 体控 制 方案 ，可 以将 这 个运 动协调控 制的功 能模 块 从运 动控 制 器 中分 离 出来 ， 单独完成 两个运 动 之 问的 协调 ，便 于采 用数 字 逻辑 控制 方法 的实 施 。 该方 案 的数字 控制 应 用 ，从 查 阅 的文章 来看 目 前 的二级传 动应用控 制系统 大部分都是 基于这 种结 构 开发 出来 的。在 这 种基 本 结构 上 ，采用 不 同设 计 方法 进行控制 器 的设计 ，可 以满足多种 系统 的需 要 ， 因此 采用这用 控制 系统结构是 比较利 于今后 的研究 工作 的 。 无论 采用 以上那 种结 构方 案 ，本 系统 的都 属于 MIMO(多人 多 出)系统 。_7系统输 入 为 ，目标 点 三坐 标 X、y、z，输 出为 粗 动 台的 3轴 运 动量 和 微 动 台 的 3轴运动量 。设 计 控 制器 时采 用 现代 控 制 理论 ， 对 整个定位 系统 的结构建立 动力学 等效模 型。在此 基础 上 ，抽象 出该 系统 执 行机 构 等各 部 分 的传 递矩 阵 G(s)，并抽象 出整 个 系统 的结构 框 图 ，通 过 系统 辨识 ，确定整个系统状态方程。然后根据系统的特 点与要求选择合适 的控制(如 PID、最优控制等 )方 法 ，求解出系统状态方程中控制器矩阵的各参数 ，则 完成 控制器 的设计 。 如控制对 象 的模 型存在 较多 的非线性 因素 和不 确定 因素 (例 如动 态误 差 等 )，即精确 的系统 模 型难 以建 立 的 时 候 (系 统 状 态 方 程 的 参 数 难 以 辨 识 确 定 )，基于精 确模 型设计 的控制器很 难达到理 想的控 制效果 。当模型 不确 定 性存 在 时 ，一般 采用 自适 应 和鲁棒控 制方法来 达 到控 制 目标 。 当模 型不 确定性 的界 已知 时 ，通 常采 用 滑模 控制 方 法和 神 经 网络动 态补偿 自适应 的控制方 法 。 3 结论 本文根 据微尺度 三维结 构加工 的特点 ，研 究、寻 求创成三维结构高加工精度的原理 ，初步建成超高 精度 三维结 构 的微 制 造 系统 原 型 ，主要解 决 大行 程 驱动中高精度微进给技术。在设计中分析了现有的 精密运 动平 台 的搭建 原 理及 各 种 电机 、反馈 装 置 的 优缺点 。最 终完成 一 种 新 的、可 用 于多 种微 加工 方 法的 、低速 、多 自由度 的、具 有纳 米 精度 的三 维运 动 平 台的设 计方 案。 参 考文献 ： [1] 刘建琴 ，张策 ，王 玉新，等 ．微进 给机构综 述 [j]．机械 传动 ， 1999，23(1)：47—50． [2] 庄夔 ，庄永方，王玉民 ，等．超微进给工作台及超薄切片机[J]． 仪器仪表学报，1995，16(2)：193～196． [3] 宋文荣 ，于国飞，王延风 ，等．磁悬浮微进给机构研究 [J]．中国 机械 工 程 ，2003，14(13)：1090—1093． [4] 戴一帆，彭小强．超精密车床伺服进给机构设计研究[J] 光学 精密工程 ，2000(4)：355—359． [5] 张飞虎 ，张春河，王平．一种 纳米级超精密镜面磨削 的微进给 工作台[J]．仪器仪表学报 ，1996，17(1)：388． [6] KingTG ，XuW．Piezomotomusjngflexurehingeddisplacement amplifiers[J]．InnovativeActuatorsforMechatronicSystemslEE Colloquium on，1995(11)：1—5． [7] CooBongChung，Byung．JuYi，et1．Designandanalysisofaspa— tial3-DOFMieroman~pulatorfortele．operation[C]．Proceedings ofthe2001IEEE／RSJSystemsMaui，Hawaii，USA，Oct．29一 NOV．03，2001． (上接 第 60页) 参考文献 ： [1] FuzhuHan，ShinyaWaehi，MasanoriKunied．Improvementof machiningcharacteristicsofmicro-EDM using transistortypeiso— pulsegeneratorandservofeedcontrol[J]．PrecisionEngineering， 2004，28：378— 385． [2] ChiGx，CaoG H，DiSC，eta1．Designofenergy．controllable pulse[J]．KeyEngeeringMaterials，2008，375—376：403—407． [3] 黄正瑾 ．CPLD系统设计技术入 门与应用[M]．北京 ：电子工 业出版社 ，2002． [4] 何信 龙．PIC16F87X快速 上手[M]．北京 ：清华大学 出版社 ， 2002．