[发明专利]一种宏微复合运动的动态切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及机电及自动化技术领域，尤其涉及的是一种宏微复合运动的动态切换方法。

背景技术

宏微复合运动平台包括宏动和微动两部分，其中宏运动用于实现高速大行程运动，一般由伺服电机或直线电机、驱动器、和光栅组成；微运动用于实现平台的精密定位，一般由微结构、压电陶瓷、压电陶瓷驱动器、和光栅组成。平台的最终位移输出为两个运动位移的合成，分别为宏平台的高速大行程运动和微动平台的压电陶瓷伸缩致动组成。

目前关于宏微复合运动的研究大多还集中在平台的结构方面，对于两级运动间的切换方法研究则较为欠缺，通常采用的是静态切换方法，即：在宏运动行程结束并稳定后才启动微运动，以保证平台的定位精度。这种方法可以保证微平台运动不受宏平台运动的影响，可在宏平台运动稳定条件下实现微平台的精密定位，但不能满足高频启停、高速运动条件下高精度定位的运动要求。另一种方法则是采用微运动的行程作为切换阈值δ，一旦宏运动的行程达到了运动行程L-δ，则切换运动。该方法的问题在于：未考虑高速宏运动过程的振动对微运动的影响，无法保证平台的高精度定位。

宏微复合运动平台主要用于实现制造装备的高速、大行程、高精度的运动需求。目前关于宏微复合运动的研究大多还集中在平台的结构方面，对于两级运动间的切换方法还只是采用简单的静态切换方式，即在宏平台减速稳定后再启动微平台的定位方式。其问题在于：两级运动间没有重叠，耗时较长，无法实现高速、频繁启停的运动要求。另一种方法则是采用微运动的行程作为切换阈值δ，一旦宏运动的行程达到了运动行程L-δ，则切换运动。该方法的问题在于：未考虑高速宏运动过程的振动对微运动的影响，无法保证平台的高精度定位。

发明内容

为了满足制造装备，尤其是电子制造装备对高速高加速度条件下精密定位的运动需求，解决高速高加速运动与高精度定位的矛盾，最大限度地提高制造装备的性能指标及生产效率，本发明提出了一种适于高速、大行程、高精度运动需求的宏微复合运动动态切换方法。该方法能够基于平台结构及动态性能，确定切换的振幅阈值及相应的切换时刻，在平台减速运动的最优时刻启动微平台的运动，在最短的时间内实现平台的精密定位。

本发明的技术方案如下：

一种宏微复合运动的动态切换方法，当平台的振动幅值小于等于预先确定的振幅阈值Δ时，宏微运动的切换信号反馈到上位机，由上位机发出运动切换指令，启动微平台的小行程运动，通过绝对光栅信号闭环反馈实现精密定位，同时实现宏平台的稳定；

宏平台的振动稳定时间为t_map，微平台的振动稳定时间为t_mip，微平台在宏平台减速运动过程中的某一时刻启动，该延时时间为t_Δ，对应于该时间的宏平台的振动幅值为Δ，该幅值是为根据超调量进行了归一化的量。根据二阶系统的脉冲响应，在稳定过程中，x₀(t)的取值应满足不等式(1)时所需要的时间，称t为调整时间，即稳定时间；不等式为：

|x₀(t)-x₀(∞)|≤Δ·x₀(∞)  (t≥t_Δ)    (1)

式中，Δ是给定的振幅阈值，即运动超调量，进行归一化处理后，其变化范围在0与1之间：

将脉冲响应函数代入式子(1)有：