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龙图腾网获悉沈阳工业大学申请的专利提高直驱XY运动平台伺服系统轮廓精度的装置及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116300683B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-17发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310272561.6，技术领域涉及：G05B19/19；该发明授权提高直驱XY运动平台伺服系统轮廓精度的装置及方法是由金鸿雁;宫艳书;赵希梅;张爽;马翔宇设计研发完成，并于2023-03-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本提高直驱XY运动平台伺服系统轮廓精度的装置及方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种提高直驱XY运动平台伺服系统轮廓精度的装置及方法，涉及数控运动控制技术领域。本装置包括整流滤波电路、IPM逆变电路、检测电路、DSP处理器、IPM隔离保护驱动电路、上位机以及直驱XY运动平台；本方法首先通过参考调整轮廓误差估计方法计算出轮廓误差，作为自适应非线性滑模轮廓控制器的输入量，而后利用自适应非线性滑模轮廓控制器对轮廓误差进行控制，设计非线性滑模面提高系统的动态响应速度和轮廓跟踪精度。为进一步减小参考模型与实际对象之间的误差，设计不确定性补偿器对参数变化、外部扰动和摩擦力等不确定性进行补偿，从而提高系统的鲁棒性。

本发明授权提高直驱XY运动平台伺服系统轮廓精度的装置及方法在权利要求书中公布了：1.一种提高直驱XY运动平台伺服系统轮廓精度的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：输入直驱XY运动平台中X轴电机和Y轴电机的期望位置信号，两台永磁直线同步电动机接收到期望位置开始运动； 步骤2：采集两台永磁直线同步电动机动子的实际位置、速度及电流，具体为： 直驱XY运动平台中的两台电机运行后，利用霍尔传感器采集动子电流；利用直线光栅尺通过位置速度检测电路输出两相正交方波脉冲信号和零位脉冲信号，共三路脉冲信号；脉冲信号送至DSP处理器芯片的正交编码脉冲输入单元EQEP，通过四倍频处理来提高编码器分辨率，同时通用定时器设置成定向增减计数模式，从两相正交方波脉冲信号的脉冲个数获得动子的位置偏移，由两相脉冲的超前关系得到动子的转向，从而得出动子的实际位置和速度； 步骤3：利用步骤2中采集到的两台永磁直线同步电动机动子的实际位置，在DSP中首先计算出单轴位置跟踪误差，通过参考调整轮廓误差模型计算得出等效轮廓误差，然后输入到自适应非线性滑模轮廓控制器中以减小轮廓误差，设计不确定性补偿器来补偿系统的外部扰动、参数变化以及非线性摩擦力，根据不确定性因素对系统的影响，最终计算得出基于自适应非线性滑模轮廓控制和不确定性补偿器的总控制律，即电流控制信号； 步骤3.1：建立直驱XY运动平台伺服系统模型，包括直驱XY运动平台动力学模型和参考调整轮廓误差模型； 所述直驱XY运动平台动力学模型表示为： 1； 式中，为直驱XY平台中直线电机的动子实际位置，、分别为q的一阶导数和二阶导数；为动子质量，下角标中的x和y分别表示X轴电机和Y轴电机，表示对角矩阵；为粘滞摩擦系数；为系统总不确定性动力学，包括参数变化、外部扰动和摩擦力；为电机电磁推力，表示为 2； 式中，为电磁推力系数；为q轴电流； 结合式2，将式1改写为 3； 式中，为系统总控制输入； 所述参考调整轮廓误差模型具体为，选取为固定坐标系，其横纵轴分别为X和Y，代表直驱XY平台的两个进给驱动轴，在此坐标系下，曲线表示由进给轴驱动平台的加工零件点的期望轮廓曲线；为在坐标系下t时刻直驱XY平台中直线电机动子的期望位置；表示直驱XY平台中直线电机的动子实际位置；为轮廓误差，即到之间的距离，根据步骤2中检测的两台永磁直线同步电动机动子的实际位置，将其与期望位置作差，得单轴位置跟踪误差为 4； 为根据求取出，建立局部坐标系，其轴在处与相切，轴与垂直，通过坐标变换，将坐标系下的转换到坐标系下，得 5； 6； 式中，为与之间的倾斜角；为坐标系下的单轴位置跟踪误差；为方向矩阵； 建立坐标系，其坐标轴分别为和，其原点为，是期望轮廓曲线上距离点最近的位置，相对于的倾斜角为，假设沿位置和位置之间的轨迹所需速度几乎恒定，则通过该段所需的时间估计为 7； 根据式7，得出和的估计值分别为 8； 式中，为的估计值；为的估计值； 根据式8，得修正期望位置表示为 9； 10； 式中，为变换矩阵；为在处旋转矩阵的近似值，通过将代入到式5和式6中求取，对求一阶导数和二阶导数，分别得 11； 12； 与式4相同，得在下，修正后的跟踪误差为 13； 通过坐标变换，将坐标系下的转换到坐标系下，得 14； 根据式13，对式14求二阶导数，并应用旋转矩阵性质和，得 15； 至此，采用等效轮廓误差代替轮廓误差，参考调整轮廓误差模型设计完成； 步骤3.2：根据步骤3.1计算得出的等效轮廓误差，执行基于自适应非线性滑模轮廓控制器和不确定性补偿器的控制算法，具体包括直驱XY运动平台伺服系统总控制律设计、自适应非线性滑模轮廓控制器设计和不确定性补偿器设计三个部分； 1直驱XY运动平台伺服系统总控制律设计 设计自适应非线性滑模轮廓控制方法和不确定性补偿器控制方法； 首先，根据式3，忽略系统总不确定性动力学，得 16； 式中，为自适应非线性滑模轮廓控制的控制输入，作用于系统的线性参考模型上，得线性参考模型的输出位置为 其次，考虑到系统实际模型中包含总不确定性动力学，设计不确定性补偿器来补偿其系统的影响，不确定性补偿器的控制输入为，因此，直驱XY运动平台伺服系统的总控制律为 17； 式中，为系统总控制律，也是电流控制信号； 2自适应非线性滑模轮廓控制器设计； 将非线性滑模面选取为 18； 19； 式中，为滑模面；为正定矩阵；为滑模面的线性增益，下角标j表示X轴或Y轴；为对称正定矩阵，用于调整最终阻尼比；为与轮廓误差有关的非负可微非线性函数，其上界为，设计为 20； 21； 式中，、和分别为正整定参数，和分别用于调整的最终阻尼比和变化率幅值；为误差信号的符号函数，当系统状态点到达滑模面时，有，则根据式18，得 22； 为证明控制系统的稳定性，选取Lyapounov函数为 23； 将式22代入式23并求导得 24； 由于为正定矩阵，系统渐近稳定； 基于式18-式21设计的滑模面、式16所示的系统动态方程以及式15，设计自适应非线性滑模轮廓控制器的控制律为 ； 25； 式中，为自适应增益，设计自适应律估计，表示为 26； 式中，、、和为正常数； 3不确定性补偿器设计： 在固定坐标系下，定义模型不确定性为 27； 式中，为实际位置与线性模型下的位置之间的差值，与式14相同，将从坐标系下转换到坐标系下，得 28； 式中，，当修正期望位置恰好为期望位置时，则有修正模型不确定性；假设为二阶非线性动力学，则表示为 29； 式中，为不确定性补偿器的控制输入信号；为系统未知动态，且，为其最大值； 模型不确定性的跟踪误差定义为 30； 式中，和分别为在和坐标系下的不确定性的跟踪误差；为不确定性的期望值； 为消除不确定性对系统的影响，利用线性滑模控制方法进行动态补偿，设计滑模面s为 31； 式中，为正常数对角矩阵；对式31求导得 32； 式中，； 定义Lyapounov函数为 33； 在时，求得不确定性补偿器的控制律为 34； 式中，为正常数对角矩阵； 步骤3.3：在步骤3.2中式17、25和式34输出的直驱XY运动平台伺服系统的总控制律为，即为电流控制信号； 步骤4：DSP处理器产生相应的六路PWM脉冲信号，分别驱动直驱XY运动平台运行。

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