科创中国
一种面向可重入工业制造系统的模糊动态积分滑模控制方法、装置及设备
成果类型：: 新技术
发布时间: 2022-11-07 15:13:11
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”智能技术体系化应用专业科技服务团| 毕光元 | 2022-11-09 10:00:19
我国煤多油少，石油和烯烃均依赖进口。为了解决这个问题，国家积极发展“以煤代油”战略，即以煤为原料制备甲醇，然后再通过甲醇制取乙烯、丙烯等烯烃。在以煤为原料制备甲醇的过程中，会产生大量的CO2，CO2大量产生导致气候变化和极端天气增加，因此经济有效地利用煤制甲醇过程中产生的CO2成为当下关注热点。
可重入工业制造系统是指在加工过程中处于不同加工阶段的工件因特殊加工工艺的需要而重复进入某些工作站，并同时在这些工作站前等待加工的制造系统，例如半导体晶圆制造系统、多层印制电路板制造系统、薄膜片制造系统、胶卷生产线和液晶面板制造系统等。可重入制造系统具有确定的“重入”加工路径、数百台加工机器、上千道加工工序、大量不确定性约束条件、加工工艺复杂、生产周期长、多种产品混合加工、加工机器负载不均衡且成本昂贵等明显特点。
本技术的优势是：
(1)传统方法考虑单产品单生产线的可重入制造系统，关注投料与产出之间的关系，对加工过程缺少关注，我们提出了一种分布式并行控制方案，能够保证处于不同加工完成度的产品都能尽快达到并保持预期的数量。
(2)一般而言，制造系统通常会存在随机噪声从而影响性能，针对这一情形，该发明提出了一种积分滑模控制的策略，保证制造系统在随机噪声的影响下能够有限时间内实现并保持平稳运行。
(3)针对工业现场中普遍存在的非线性特征，该发明提出了一种模糊鲁棒控制的方法，首先对可重入制造系统进行了模糊建模，针对建模过程中产生的不确定性提出了鲁棒控制的方法从而有效解决了非线性带来的问题。
(4)相比较于传统的标量偏微分方程模型，该发明针对实际工业现场多条生产线的协同控制问题建立了高维偏微分方程模型并提供了系统且高效的设计方法。
(5) 相比于其他方法，本发明能够适用于大多数可重入制造系统，实现生产线有限时间内实现并保持预期的平稳运行工况，针对工业制造现场具有良好的控制效果。
本发明属于多轴联动系统控制技术领域，涉及的一种反步-滑模方法 (Backstep-Slidingmodecontrol)，具体涉及一种多轴联动系统精度控制的反步-滑模控 制器及控制方法。
【背景技术】
多轴跟踪系统是典型的多转子系统，它通常安装浮动载体上，是进行灾难预测、气 象观测和环境监测的有效手段之一，研究应用于特殊环境下的多轴跟踪系统的动力学特性 具有重要的意义。这是因为，一方面系统运行中多轴间的运动学耦合和动力学耦合会影响 系统动力学特性及指向精度；另一方面滚动轴承的摩擦力矩、线缆及弹性力矩，在轨抖动及 动不平衡等不确定因素将大大影响系统的精度。
北航工研院相关研发团队
本发明的目的是克服目前多轴联动系统动力学控制中存在跟踪精度低、控制方法 稳定性低等缺陷，提出一种用于搭载在浮动平台上的多轴联动系统精度控制的反步-滑模 控制器及控制方法，从而为具有此类特征及拓扑结构的非线性动力学系统提供控制方法 及控制器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：
1)在浮动平台上搭载多轴联动系统，多轴联动系统具有用于共同实现所有有效载 荷精确指向的正交的两个转动轴；
2)基于拉格朗日-麦克斯韦动力学方法建立多轴联动系统的机电稱合动力学模 型，并将多轴联动系统机电耦合动力学模型写为状态方程；
3)结合搭载在浮动平台上的多轴联动系统在非典型力学工况下的力学行为要求， 并根据步骤2)所得到的状态方程，设计用于多输入多输出系统的反步-滑模控制方法；
4)利用反步-滑模控制方法设计搭载在浮动平台上的多轴联动系统控制器，并采 用半物理样机进行性能仿真。
本成果可支持技术咨询，技术合作等方式合作。
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