隨著先進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展，超精密機床技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、光電系統(tǒng)和檢測轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。作為高檔數(shù)控機床的代表，精密直驅(qū)龍門定位平臺受到人們越來越多的關(guān)注。龍門定位平臺由兩臺完全相同的永磁直線同步電機（Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM）組成，是一種典型的多軸協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這就要求在同一給定信號下，兩臺PMLSM需保持速度和位置的一致性。

然而在實際加工過程中，兩臺PMLSM間存在的機械耦合和運行過程中的不確定性會使龍門定位平臺不能實現(xiàn)同步進(jìn)給，從而影響加工精度。因此，減小雙直線電機伺服系統(tǒng)的跟蹤誤差和同步誤差，進(jìn)一步提高系統(tǒng)加工精度，是目前高精度龍門定位平臺所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

為解決雙直線電機存在的同步誤差問題，首先要保證單軸PMLSM的位置跟蹤精度，降低系統(tǒng)對參數(shù)變化、外部擾動和摩擦力等不確定性的敏感度。滑?？刂破鳎⊿liding Mode Controller, SMC）是一種特殊的不連續(xù)的非線性控制方法，能使系統(tǒng)具有較強的魯棒性。但當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)點到達(dá)滑模面時，會產(chǎn)生高頻小幅度抖振。

• 有學(xué)者將全階SMC應(yīng)用于高階非線性系統(tǒng)中，削弱了抖振現(xiàn)象，但控制器設(shè)計時需進(jìn)行多次求導(dǎo)，并在計算過程中引入赫爾維茨多項式。
• 有學(xué)者采用非奇異快速終端SMC，具有較高的收斂速度，提高了系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，但當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)點離平衡點較遠(yuǎn)時，動態(tài)性能變差。

為解決SMC中存在的抖振問題，本文設(shè)計互補滑模控制器（Complementary Sliding Mode Controller, CSMC）提高系統(tǒng)性能，CSMC在SMC的基礎(chǔ)上，將廣義滑模面和互補滑模面相結(jié)合，并通過Lyapunov穩(wěn)定理論證明了該方法的有效性，提高了系統(tǒng)的魯棒性和跟蹤性。

在保證單軸PMLSM跟蹤精度的同時，需減小雙直線電機伺服系統(tǒng)的同步誤差。目前，龍門平臺伺服系統(tǒng)通常有串聯(lián)和并聯(lián)兩種同步控制策略。串聯(lián)同步控制將位置信號送給主電機，再將主電機的輸出信號作為從電機的輸入信號進(jìn)行控制。

有學(xué)者采用模糊PID主從式方法進(jìn)行多電機控制，解決了主從控制受到外界干擾時電機間影響較大的問題，但設(shè)計模糊PID控制器過于依賴經(jīng)驗。并聯(lián)同步控制對多臺單機輸入相同信號，每臺電機依靠獨立的控制系統(tǒng)完成控制目標(biāo)，從而實現(xiàn)同步進(jìn)給。

交叉耦合控制屬于一種特殊的并聯(lián)同步控制，文獻(xiàn)[15]采用魯棒自適應(yīng)交叉耦合同步控制方法，保證了系統(tǒng)的同步跟蹤精度。但交叉耦合控制只適用于線性輪廓誤差，對于具有時變性質(zhì)的軌跡無法保證穩(wěn)定性。

因此，本文設(shè)計Sugeno型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Sugeno type Fuzzy Neural Network,SFNN）同步補償器，SFNN同步補償器可根據(jù)誤差模型對各軸間同步誤差進(jìn)行估計和補償，并通過反向傳播算法實時調(diào)整各軸補償參數(shù)，從而達(dá)到減小系統(tǒng)同步誤差的目的。

本文提出SFNN同步補償器和CSMC相結(jié)合的控制方法減小雙直線電機間存在的跟蹤誤差和同步誤差。實驗結(jié)果表明，所提方法能夠有效提高系統(tǒng)的同步控制精度，滿足龍門定位平臺高精密加工要求。

圖1 基于SFNN同步補償器和CSMC的雙直線電機伺服系統(tǒng)框圖

圖3 基于DSP的雙直線電機伺服系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

總結(jié)

為滿足龍門定位平臺高精密的加工要求，減小雙直線電機伺服系統(tǒng)的位置跟蹤誤差和同步誤差，確保系統(tǒng)實現(xiàn)同步進(jìn)給，提出一種基于SFNN同步補償器和CSMC相結(jié)合的雙直線電機伺服系統(tǒng)控制方法。

利用CSMC解決傳統(tǒng)SMC中存在的抖振問題，提高系統(tǒng)跟蹤精度，保證單軸PMLSM的跟蹤性和魯棒性。同時，設(shè)計SFNN同步補償器，解決雙直線電機的耦合問題，減小系統(tǒng)同步誤差，保證雙直線電機伺服系統(tǒng)的同步控制精度。

實驗結(jié)果表明，該方法有效可行，能夠明顯減小系統(tǒng)跟蹤誤差和同步誤差，滿足龍門定位平臺高精密的加工需求。