多軸同步系統(tǒng)模糊補(bǔ)償虛擬主軸偏差耦合控制*

田 昊， 宋玉寶， 曹清媛， 劉曉林

(中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 低速空氣動(dòng)力研究所，四川 綿陽 621000)

0 引 言

多軸同步系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域[1]，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)系統(tǒng)的同步控制精度和跟蹤性能均提出了較高的要求[2]。多軸同步控制一般分為主令控制、主從控制和耦合控制[3]。 其中前兩者屬于非耦合控制，運(yùn)動(dòng)過程中沒有在軸與軸之間建立耦合關(guān)系, 存在較大的同步誤差[4]。

Koren[5]提出了交叉耦合控制結(jié)構(gòu)，較好地解決了雙軸同步運(yùn)動(dòng)耦合問題。但交叉耦合控制結(jié)構(gòu)不適用于多軸耦合控制[6]，為此，Perez-Pinal等[7-8]提出了偏差耦合同步控制結(jié)構(gòu)。這種同步結(jié)構(gòu)既利用了交叉耦合雙軸之間同步精度高的優(yōu)點(diǎn)，又克服了交叉耦合結(jié)構(gòu)不適用于多軸工況的缺點(diǎn)。但是，當(dāng)軸間轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差異較大時(shí)，也存在起動(dòng)過程中同步誤差較大的問題，且當(dāng)控制軸較多時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)算量將急劇增大[9]。

針對(duì)偏差耦合同步控制運(yùn)算量大的問題，文獻(xiàn)[10-11]提出了相鄰偏差耦合同步控制，該控制方法只針對(duì)各相鄰軸進(jìn)行同步控制，能極大減小系統(tǒng)計(jì)算量。但該類控制方法對(duì)于運(yùn)動(dòng)軸存在調(diào)整的應(yīng)用情況，如風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭畏绞降恼{(diào)整，每次必須重新建立各個(gè)調(diào)整軸與其相鄰運(yùn)動(dòng)軸之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，從而難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。文獻(xiàn)[12]提出了采用虛擬電機(jī)的偏差耦合結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)電機(jī)與虛擬電機(jī)之間求轉(zhuǎn)速差，提高了多電機(jī)間的同步性能，具有一定的參考意義。但該方法對(duì)負(fù)載突變工況下減小跟蹤誤差作用有限，在風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)過程中負(fù)載處于變化狀態(tài)下的實(shí)用性受到限制。

因此，本文采用了一種改進(jìn)型偏差耦合控制結(jié)構(gòu)。通過建立虛擬主軸，將所有運(yùn)動(dòng)軸與虛擬軸轉(zhuǎn)速差作為虛擬軸同步補(bǔ)償器的輸入，單軸與虛擬軸的轉(zhuǎn)速差作為單軸同步補(bǔ)償器的輸入。該結(jié)構(gòu)在減小起動(dòng)過程中同步誤差的同時(shí)簡化了單軸補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)，減少了軸調(diào)整過程中系統(tǒng)的運(yùn)算量。在此基礎(chǔ)上，通過結(jié)合模糊補(bǔ)償控制策略，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)修正來滿足負(fù)載擾動(dòng)過程中對(duì)跟蹤精度的要求。并以某風(fēng)洞多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為對(duì)象進(jìn)行了試驗(yàn)，對(duì)該控制結(jié)構(gòu)和方法的有效性進(jìn)行了檢驗(yàn)。

1 改進(jìn)型偏差耦合結(jié)構(gòu)

圖1為虛擬主軸偏差耦合結(jié)構(gòu)，其中：ωref為系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速，ωi為第i個(gè)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速，ωvir為虛擬軸的轉(zhuǎn)速，ki為第i個(gè)軸和虛擬軸的耦合比例系數(shù)，ei為第i個(gè)軸的跟蹤誤差和其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速補(bǔ)償器輸出之和，evir為虛擬軸的跟蹤誤差和其對(duì)應(yīng)補(bǔ)償器輸出之和，ui為第i個(gè)軸的控制器輸出，uvir為虛擬軸的控制器輸出，Tei為第i軸的給定力矩，TLi為第i軸負(fù)載力矩，Tevir為虛擬軸的給定力矩。

圖1 虛擬主軸偏差耦合結(jié)構(gòu)

從圖1中可以看出，單軸控制輸入ei包括了單軸速度跟蹤誤差和轉(zhuǎn)速補(bǔ)償器輸出的補(bǔ)償量，其中轉(zhuǎn)速同步補(bǔ)償器包含軸自身與虛擬軸的轉(zhuǎn)速差。由于虛擬軸同步補(bǔ)償器包括所有軸與虛擬軸的差量，各軸通過轉(zhuǎn)速補(bǔ)償器與虛擬軸轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)，從而與其他軸轉(zhuǎn)速關(guān)聯(lián)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)跟蹤誤差與同步誤差補(bǔ)償功能。

假定系統(tǒng)有n個(gè)軸，則所有轉(zhuǎn)速同步補(bǔ)償器對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速差數(shù)為2n，與相鄰偏差耦合控制一致，相對(duì)于傳統(tǒng)偏差耦合結(jié)構(gòu)n(n-1)的轉(zhuǎn)速差數(shù)，當(dāng)n>3時(shí)，可得2n

各軸起動(dòng)過程中因轉(zhuǎn)速限幅的作用，各軸轉(zhuǎn)速輸出可能會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，傳統(tǒng)偏差耦合控制轉(zhuǎn)速補(bǔ)償此時(shí)將處于失效狀態(tài)。當(dāng)各軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差別較大時(shí)，將產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)速同步誤差。通過引入虛擬主軸，選取合適的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，利用轉(zhuǎn)速同步補(bǔ)償器減小控制器轉(zhuǎn)速給定，避免飽和狀態(tài)，可以減小起動(dòng)過程中的同步誤差。

2 轉(zhuǎn)速補(bǔ)償器

從圖1可以看出，各軸轉(zhuǎn)速同步補(bǔ)償由耦合比例系數(shù)ki和虛擬軸的轉(zhuǎn)速ωvir確定。

2.1 電機(jī)傳遞模型

根據(jù)電機(jī)電樞回路電壓平衡方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程及電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩平衡方程[13]，有：

(1)

式中：ua(t)為電機(jī)電樞電壓；La、Ra為電樞電感和電阻；Ce為反電動(dòng)勢系數(shù)；ia(t)為電樞電流；θm(t)為電機(jī)轉(zhuǎn)子角位移；Mm(t)為電機(jī)轉(zhuǎn)矩；Cm為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；Jm為電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)折合到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；fm為電機(jī)和負(fù)載折合到電機(jī)軸上的摩擦系數(shù)；Mc(t)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

忽略電樞電感La和電機(jī)軸摩擦fm，將式(1)聯(lián)立求解可得：

(2)

根據(jù)：

(3)

式中：ωd(t)為電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

將式(3)代入式(2)可得：

(4)

將式(4)進(jìn)行拉普拉斯變換得：

(5)

根據(jù)式(5)得到電機(jī)速度與電樞電壓和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的傳遞關(guān)系。同時(shí)根據(jù)電機(jī)電樞電壓與電機(jī)給定轉(zhuǎn)速ωdg(t)之間近似關(guān)系：

ua(t)=Ceωdg(t)

(6)

可將式(6)轉(zhuǎn)換為

(7)

由此得到電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速與電機(jī)給定轉(zhuǎn)速之間的傳遞關(guān)系。假定機(jī)構(gòu)與電機(jī)之間為線性傳動(dòng)關(guān)系，傳動(dòng)比為X，則式(7)可轉(zhuǎn)換為

(8)

由此得到各軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速之間的開環(huán)傳遞關(guān)系。

2.2 耦合比例系數(shù)

從各軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速之間的開環(huán)傳遞關(guān)系可以看出，各軸速度響應(yīng)與自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm相關(guān)。如果軸間轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差別較大，在起動(dòng)過程中，軸與軸之間會(huì)出現(xiàn)較大的同步誤差。為實(shí)現(xiàn)各軸速度同步響應(yīng)，各軸偏差補(bǔ)償耦合系數(shù)應(yīng)參照自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值確定。為保證各軸轉(zhuǎn)速同步補(bǔ)償?shù)膮f(xié)調(diào)性，可以對(duì)各軸耦合系數(shù)進(jìn)行歸一化處理[14]。選取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大的軸(軸k)作為參考軸，將其余各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和參考軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行比運(yùn)算，從而完成各軸耦合比例系數(shù)ki的歸一化確定：

(9)

式中：Ji為第i軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jk為第k軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

通過前文分析，為保證起動(dòng)過程中的同步性能，應(yīng)利用轉(zhuǎn)速同步補(bǔ)償器減小控制器轉(zhuǎn)速給定。從圖1可以看出，轉(zhuǎn)速補(bǔ)償應(yīng)為負(fù)補(bǔ)償，即ωvir<ωi。因此，應(yīng)增大虛擬軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jvir，Jvir取系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大軸的慣量值，即Jvir=Jk。

2.3 虛擬軸速度傳遞函數(shù)

根據(jù)圖1，虛擬軸的轉(zhuǎn)速為

(10)

對(duì)于虛擬軸，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參照系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最大軸的慣量值Jk，因此其他參數(shù)應(yīng)與對(duì)應(yīng)軸保持一致。根據(jù)圖1可確定其開環(huán)傳遞函數(shù)H(s)：

H(s)=FVDVGV

(11)

虛擬軸的轉(zhuǎn)速可簡化為

(12)

根據(jù)式(12)得到虛擬主軸速度關(guān)系傳遞函數(shù)。同時(shí)由式(12)可以看出各軸速度變化對(duì)虛擬軸轉(zhuǎn)速ωvir的影響。

3 基于模糊補(bǔ)償?shù)钠钛a(bǔ)償控制

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)及關(guān)系確定的補(bǔ)償方法，雖然簡化了單軸補(bǔ)償器模型，優(yōu)化了起動(dòng)時(shí)的同步性能。但因?yàn)楦鬏S控制參數(shù)固定，難以適應(yīng)各種負(fù)載不確定，負(fù)載變化較大的應(yīng)用工況，也存在魯棒性較差的問題。對(duì)此，在基于虛擬主軸的改進(jìn)型偏差耦合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用基于模糊補(bǔ)償?shù)乃俣妊a(bǔ)償控制器來調(diào)整控制系數(shù)，以保證在負(fù)載變化情況下的同步跟蹤性能。

3.1 模糊補(bǔ)償控制結(jié)構(gòu)

綜合考慮系統(tǒng)控制性能及模糊推理運(yùn)算工作量的大小，采用二維模糊補(bǔ)償控制器[15]。圖2為模糊補(bǔ)償控制器結(jié)構(gòu)圖。模糊補(bǔ)償器采用跟蹤誤差和轉(zhuǎn)速同步補(bǔ)償器輸出之和e作為偏差輸入量，并同時(shí)以偏差變化率ec作為輸入量。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載變化時(shí)，e和ec將發(fā)生變化。補(bǔ)償器根據(jù)輸入量的大小來調(diào)整控制器的PI參數(shù)，改變二者的變化量ΔKP和ΔKI，從而滿足同步控制性能要求。

3.2 隸屬度函數(shù)的選取

模糊補(bǔ)償器的輸入變量分別是e和ec，輸出變量分別為ΔKP和ΔKI，則輸入輸出變量的物理論域可分別設(shè)為[-emax,emax]、[-ecmax,ecmax]、[-ΔKPmax, ΔKPmax]和[-ΔKImax, ΔKImax]。

設(shè)定輸入輸出4個(gè)變量的模糊論域皆為[-Lmax,Lmax]，則可確定量化因子Ke、Kec、KΔKP和KΔKI分別為Lmax/emax、Lmax/ecmax、Lmax/ΔKPmax和Lmax/ΔKImax。

將4個(gè)輸入輸出變量的模糊論域按照{(diào)BN、MN、SN、Z、SP、MP、BP}7個(gè)模糊子集劃分，分別對(duì)應(yīng){負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大}7個(gè)語言變量。為保證系統(tǒng)具有較好的魯棒性，隸屬度函數(shù)的選取需跟隨誤差變化進(jìn)行調(diào)整，即隨著誤差的增大，應(yīng)逐步降低隸屬度函數(shù)的分辨率。輸入論域中誤差最大的2個(gè)模糊子集分別是BP和BN，此位置可選取分辨率較低的高斯函數(shù)作為其隸屬度函數(shù)。函數(shù)式為

(13)

式中:ε為函數(shù)中心的位置；δ為函數(shù)的寬度。

輸入論域其余位置以及輸出論域的隸屬度函數(shù)可選擇分辨率高的三角形函數(shù)，函數(shù)方程為

(14)

式中:a為隸屬度函數(shù)的下邊界;b為隸屬度函數(shù)的中心;c為隸屬度函數(shù)的上邊界。

圖3為隸屬度函數(shù)的分布圖。

圖3 輸入輸出變量隸屬度函數(shù)分布

3.3 模糊補(bǔ)償規(guī)則及解模糊方法

根據(jù)前期系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行控制經(jīng)驗(yàn)，找出模糊化輸入量e和ec與控制器輸出量的模糊關(guān)系，據(jù)此用于指導(dǎo)e和ec與控制器參數(shù)的模糊關(guān)系，最終得到e和ec與ΔKP和ΔKI的模糊控制規(guī)則如表1所示。

表1 模糊控制規(guī)則表

解模糊方法用于將模糊量轉(zhuǎn)化為ΔKP、ΔKI的精確值，一般需考慮隸屬度函數(shù)和模糊關(guān)系規(guī)則這2個(gè)因素。重心法可同時(shí)兼顧模糊關(guān)系集合和隸屬度的差異，可作為解模糊方法使用，其計(jì)算式如下：

(15)

式中：xi為函數(shù)輸入變量；μ(xi)為xi對(duì)應(yīng)的隸屬度值。

4 試驗(yàn)與分析

以風(fēng)洞閉口試驗(yàn)段三軸同步機(jī)構(gòu)為例，對(duì)控制方法的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。該機(jī)構(gòu)包括閉口試驗(yàn)段上下轉(zhuǎn)盤以及模型腹撐側(cè)滑轉(zhuǎn)盤3個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。3個(gè)運(yùn)動(dòng)軸均采用伺服電機(jī)—減速器—齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)方式。圖4為機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及單軸傳動(dòng)方式。共有上轉(zhuǎn)盤—下轉(zhuǎn)盤雙軸同步、側(cè)滑轉(zhuǎn)盤—下轉(zhuǎn)盤雙軸同步以及側(cè)滑轉(zhuǎn)盤—下轉(zhuǎn)盤—上轉(zhuǎn)盤三軸同步3種同步模式。其中上、下轉(zhuǎn)盤電機(jī)及機(jī)構(gòu)參數(shù)較為接近，側(cè)滑轉(zhuǎn)盤電機(jī)及機(jī)構(gòu)參數(shù)與另外2個(gè)軸差別較大。為便于比較控制性能，以三軸同步工況作為試驗(yàn)運(yùn)行工況，分別選取偏差耦合(RC)控制、虛擬主軸偏差耦合(VRC)控制以及結(jié)合模糊補(bǔ)償?shù)奶摂M主軸偏差耦合(FVRC)控制3種情況下的速度同步誤差進(jìn)行比較分析。在試驗(yàn)過程中，為模擬吹風(fēng)試驗(yàn)過程中可能存在的負(fù)載變化情況通過人工調(diào)整轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)上的負(fù)載重量模擬運(yùn)行過程中的負(fù)載變化情況。

圖4 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及單軸傳動(dòng)方式示意圖

4.1 試驗(yàn)平臺(tái)與條件

試驗(yàn)平臺(tái)采用西門子S7-317T型工藝CPU作為控制系統(tǒng)的主控制器，通過電機(jī)自帶多圈絕對(duì)值編碼器對(duì)各軸運(yùn)動(dòng)角速度和角位移進(jìn)行測量和換算。上位機(jī)軟件采用LabVIEW開發(fā)平臺(tái)，PLC控制軟件采用SIMATIC Step7 開發(fā)平臺(tái)，使用LAD(梯形圖)和STL(語句表)編寫。

根據(jù)機(jī)構(gòu)角速度運(yùn)行數(shù)據(jù)以及控制系統(tǒng)中e和ec動(dòng)態(tài)響應(yīng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定二者的物理論域分別為[-0.002,0.002]和[-0.01,0.01]。根據(jù)單軸控制參數(shù)范圍，確定輸出變量ΔKP和ΔKI的物理論域分別為[-10,10]和[-0.5,0.5]?？蓪⒁陨?個(gè)輸入輸出變量的模糊論域均設(shè)為[-6,6]，則得到4個(gè)變量對(duì)應(yīng)的量化因子Ke、Kec、KΔKP和KΔKI分別為3 000、600、0.6和12。

各軸相關(guān)電機(jī)及機(jī)構(gòu)參數(shù)如表2所示。其中M1、M2和M3分別代表上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤和側(cè)滑轉(zhuǎn)盤，m為轉(zhuǎn)盤質(zhì)量，d為轉(zhuǎn)盤直徑，Jm0為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Nn為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，Tn為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，X為機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比。其中上下轉(zhuǎn)盤電機(jī)編碼器單圈分辨率為1/4 096，對(duì)應(yīng)上下轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)單圈分辨率為0.000 036°；側(cè)滑轉(zhuǎn)盤電機(jī)編碼器單圈分辨率為1/1 024，對(duì)應(yīng)側(cè)滑轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)單圈分辨率為0.000 091°。

表2 各軸電機(jī)及機(jī)構(gòu)參數(shù)

4.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)3種控制方式在給定1°/s運(yùn)行角速度下從起動(dòng)到運(yùn)行穩(wěn)定一段時(shí)間的速度誤差情況進(jìn)行比較分析，轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍為10°。模擬重物約1 000 kg，通過通斷永磁起重磁鐵磁力的方式吸緊或放松重物從而模擬負(fù)載變化。

按照多軸同步系統(tǒng)以跟蹤誤差和同步誤差的大小作為判定同步性能好壞這一原則[16]，選取機(jī)構(gòu)分別在無負(fù)載擾動(dòng)運(yùn)行情況下和存在負(fù)載擾動(dòng)運(yùn)行情況下采用3種不同控制方式的角速度同步誤差及跟蹤誤差進(jìn)行比較，為便于分析，負(fù)載擾動(dòng)在各軸轉(zhuǎn)速處于穩(wěn)定階段施加。對(duì)比情況如圖5和圖6所示,分別對(duì)應(yīng)了RC、VRC和FVRC 3種控制方式。同步誤差1為上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤速度差，同步誤差2為上轉(zhuǎn)盤和側(cè)滑轉(zhuǎn)盤速度差，同步誤差3為下轉(zhuǎn)盤和側(cè)滑轉(zhuǎn)盤速度差。跟蹤誤差1為給定速度和上轉(zhuǎn)盤速度差，跟蹤誤差2為給定速度和下轉(zhuǎn)盤速度差，跟蹤誤差3為給定速度和側(cè)滑轉(zhuǎn)盤速度差。

圖5 無負(fù)載擾動(dòng)角速度誤差對(duì)比

圖6 負(fù)載擾動(dòng)角速度誤差對(duì)比

表3為統(tǒng)計(jì)出的3種不同控制方式在無負(fù)載擾動(dòng)情況下誤差絕對(duì)值的最大值比較情況。

表3 無負(fù)載擾動(dòng)誤差情況 °·s-1

從圖5(a)和表3可以看出，RC方式在起動(dòng)階段會(huì)出現(xiàn)較大的同步誤差2和同步誤差3，并導(dǎo)致較大的跟蹤誤差3。結(jié)合圖5(b)和表3數(shù)據(jù)，VRC方式因?yàn)橥ㄟ^包含虛擬軸的速度補(bǔ)償器對(duì)給定量的補(bǔ)償作用，能有效降低多軸因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差別較大在起動(dòng)階段導(dǎo)致的同步誤差，并減小跟蹤誤差。其中起動(dòng)時(shí)的同步誤差和跟蹤誤差可降至之前的1/4～1/5，接近速度穩(wěn)定階段的同步誤差和跟蹤誤差值。結(jié)合圖5(c)和表3最大誤差數(shù)據(jù)，在無負(fù)載擾動(dòng)工況下，F(xiàn)VRC方式整體控制性能與VRC方式基本一致。說明VRC和FVRC相對(duì)RC在簡化控制結(jié)構(gòu)、減少計(jì)算量并保持穩(wěn)定階段的同步和跟蹤性能的同時(shí)，能有效提升起動(dòng)階段的多軸同步和跟蹤性能。

表4為統(tǒng)計(jì)出的3種不同控制方式在存在負(fù)載擾動(dòng)情況下的誤差絕對(duì)值的最大值比較情況?？紤]RC方式在起動(dòng)階段會(huì)導(dǎo)致較大的同步和跟蹤誤差，為便于比較，表4中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)忽略起動(dòng)階段的速度數(shù)據(jù)。

表4 負(fù)載擾動(dòng)誤差情況(轉(zhuǎn)速穩(wěn)定階段) °·s-1

從圖6和表4可以看出，在存在負(fù)載擾動(dòng)的工況下，擾動(dòng)對(duì)3種控制方式的同步誤差影響并不大。主要因?yàn)檫@3種方式在運(yùn)算時(shí)均考慮了各個(gè)軸的實(shí)際速度，每個(gè)軸可根據(jù)其他軸的速度變化情況對(duì)自身速度補(bǔ)償進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，從而能不影響各個(gè)軸之間的同步誤差。但采用RC和VRC均會(huì)產(chǎn)生較大的跟蹤誤差，各軸最大跟蹤誤差可達(dá)到無擾動(dòng)情況下的2～4倍。主要因?yàn)檫@2種方式雖然能保證各個(gè)軸之間同步修正速度補(bǔ)償量，但無法保證快速修正因負(fù)載擾動(dòng)出現(xiàn)的實(shí)際速度與給定速度之間的偏差，從而會(huì)帶來較大的跟蹤誤差。

而采用FVRC的各軸最大跟蹤誤差比前2種方式的最大跟蹤誤差大大降低，可降低至前2種方式最大跟蹤誤差的1/3～1/4，與無負(fù)載擾動(dòng)情況最大跟蹤誤差接近。主要由于FVRC能根據(jù)跟蹤誤差自適應(yīng)快速修正調(diào)節(jié)參數(shù)，能及時(shí)減小因負(fù)載擾動(dòng)產(chǎn)生的跟蹤誤差，具備更優(yōu)的抗擾性能，從而在滿足同步要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的跟蹤性能。

5 結(jié) 語

本文通過采用基于虛擬主軸的改進(jìn)型偏差耦合控制結(jié)構(gòu)在提升各軸同步性能和跟蹤性能的同時(shí)，簡化了控制結(jié)構(gòu)，減少了系統(tǒng)計(jì)算量。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合使用基于模糊補(bǔ)償?shù)钠钛a(bǔ)償控制，在保證同步性能的同時(shí)，有效降低了在負(fù)載擾動(dòng)情況下各軸的跟蹤誤差，能更好地滿足風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)機(jī)構(gòu)的控制要求。