步进电机驱动的高精度X-Y定位系统的自适应模糊前馈补偿技术

《Automation》：Adaptive Fuzzy Feedforward Compensation for High-Precision X–Y Positioning Systems Driven by Stepper Motors

　　

摘要

由步进电机驱动的高精度X–Y定位系统被广泛应用于工业自动化、制造业以及科学仪器领域。然而，当工作条件发生变化时，尤其是步频改变导致同步性丧失的风险增加时，传统的前馈-反馈控制器性能会下降。本文提出了一种适用于步进电机驱动的X–Y定位系统的自适应模糊前馈-反馈控制器。该控制器采用Takagi–Sugeno（T–S）模糊推理系统，根据跟踪误差、步频以及一个基于误差的辅助调整变量来调节比例项、微分项和前馈项。控制策略与平台的逆运动学相结合，从而生成同步的步进指令，并确立了实用的同步保持条件。在基于NEMA 17的X–Y平台上进行的实验表明，该系统能够实现精确的轨迹跟踪，对于梯形轨迹，其稳态误差约为；而对于多段轨迹，在无负载情况下的均方根误差为，在承受外部负载时的均方根误差则为。与传统PID控制器相比，该方法在保持电机同步性的同时，将均方根误差从降低到了。