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目前，雙軸直驅(qū)平臺伺服系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于工業(yè)制造中，如半導(dǎo)體微加工、微電子制造設(shè)備、光學(xué)指向裝置和印制電路板制造等高速自動化生產(chǎn)過程。雙軸直驅(qū)平臺伺服系統(tǒng)采用兩臺永磁直線同步電動機（Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM）驅(qū)動，當參考輪廓的進給率增加或者參考輪廓存在尖角時，受到不確定性因素影響的雙軸直驅(qū)平臺伺服系統(tǒng)的性能將會惡化，輪廓精度變低。因此，必須采取有效的控制策略，以實現(xiàn)雙軸直驅(qū)平臺伺服系統(tǒng)高速度、高精度的控制要求。

為提高系統(tǒng)的輪廓精度，許多研究通過單軸的跟蹤控制來減小輪廓誤差。然而此類方法不能完全解決各軸動態(tài)不匹配等因素的影響，保證單軸良好的跟蹤性并不能提高系統(tǒng)的輪廓精度。為實現(xiàn)各軸間協(xié)調(diào)控制，交叉耦合控制（Cross-Coupled Control, CCC）被廣泛應(yīng)用于多軸運動控制領(lǐng)域。輪廓誤差估計（Contouring Error Estimation, CEE）是CCC中的關(guān)鍵部分，對輪廓誤差進行分析和準確估計至關(guān)重要。

有學(xué)者提出基于輪廓誤差傳遞函數(shù)的魯棒補償器變增益CCC方法，采用靜態(tài)CEE將曲線的正切估計近似為參考輪廓。然而這種方法僅適用于加工低速線性和圓形輪廓。有學(xué)者提出了一種基于等效誤差法的XY平臺二階滑模輪廓控制方案。但是該輪廓誤差模型與靜態(tài)CEE類似，在加工高進給率和尖角輪廓時系統(tǒng)的輪廓精度變低，而且滑?？刂拼嬖诘亩墩癫⑽赐耆魅?。

為此，沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員原浩、趙希梅，采用牛頓極值搜索算法的動態(tài)CEE方法。動態(tài)CEE收斂速度更快，并且在每個采樣點都可以重建輪廓誤差參數(shù)的梯度向量與Hessian矩陣，以實現(xiàn)高精度輪廓控制。對輪廓誤差進行精確估計后，設(shè)計了控制器對含有不確定性的雙軸直驅(qū)平臺進行控制。

圖2 雙軸直驅(qū)平臺伺服系統(tǒng)框圖

互補滑模控制器（Complementary Sliding Mode Controller, CSMC）具有響應(yīng)快，對系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動不敏感等強魯棒性優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于非線性控制系統(tǒng)。為了削弱抖振，CSMC的切換函數(shù)選用飽和函數(shù)，并且CSMC采用兩個滑模面相結(jié)合的方式，提高了位置跟蹤精度和系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。

研究者針對雙軸直驅(qū)平臺伺服系統(tǒng)的輪廓精度控制問題，考慮到高進給率和尖角輪廓使得伺服系統(tǒng)的輪廓精度變低，提出了一種基于動態(tài)CEE和CSMC相結(jié)合的精密輪廓控制方案。動態(tài)CEE可以對高進給率和存在尖角的輪廓進行高精度的輪廓誤差估計，且CSMC能夠解決伺服系統(tǒng)存在的不確定性問題，削弱了抖振現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的輪廓精度。

圖4 雙軸直驅(qū)平臺伺服系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

實驗結(jié)果表明，對于低進給率圓形輪廓，輪廓誤差保持在0.2～1.3μm；對于高進給率圓形輪廓，輪廓誤差保持在0.3～2.89μm；對于星形輪廓，在尖角處的最大輪廓誤差為2.9μm。因此，所采用的控制方案有效可行，滿足系統(tǒng)的精度需求，具有較高的輪廓精度，實現(xiàn)了高精密輪廓控制。

以上研究成果已發(fā)表在2019年第21期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“基于動態(tài)輪廓誤差估計的雙軸直驅(qū)平臺精密輪廓控制”，作者為原浩、趙希梅。