[发明专利]基于模型识别与等效简化的高速平台运动参数自整定方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械工程、自动控制与数学研究技术领域，尤其涉及基于模型识别与等效简化的高速平台运动参数自整定方法。

背景技术

高速平台的精密运动主要涉及运动速度与运动精度两个指标。其中，对于高速平台而言，当运动加速度达到一定程度时，平台的弹性振动不容忽略，即平台呈现“柔性化”特性，在选择合适的运动曲线后，参数的选取影响到激励频谱，目前主要依靠人工经验调参数，既费时，又受经验局限。

常规的自适应控制方案很难考虑平台的内在动力学物理规律，导致其自适应结果往往是“可行”而不一定是“最优”。此外，自适应控制方案的实施过程较为复杂，在一些如IC封装等高频响应用领域不一定适用，其适用范围有限。

专利201310460878.9提出了一种高速平台减小残余振动的S型运动曲线规划方法，建立了基于高精度截尾模态叠加的柔性多体动力学模型，并结合参数化S型运动函数构成了综合优化模型，该专利主要是针对S型运动曲线规划，其方案中构建的基于模态截断的多体动力学响应模型的忽略了高阶模态影响，只适用于速度不是太高的场合。此外，该专利需要用到柔性多体动力学仿真软件，主要用于离线优化，不能胜任现场参数快速自整定的要求。

专利201410255068.4提出一种基于主频能量时域最优分布的非对称变加速度规划方法。利用含有运动学自由度的结构有限元模型及参数化运动函数的综合优化来解决高速高加速平台大柔性变形等非线性影响下的时间最优运动规划问题。其一大特点是利用有限元动力学仿真技术来获取平台在非线性工况下的动力学响应，避免了动态子结构的模态截断误差，并将其和参数运动函数相结合进行综合优化，从而获取以时间最短为目标的运动函数的最优参数值，并应用于工程实践。但由于其采用非线性有限元模型作为优化过程所用的动力学响应模型，导致其计算复杂度较高，只能用于设计优化阶段，不能用于工业现场的优化与参数整定。此外，由于有限元模型与真实平台之间存在加工制造等带来的误差，需要测试和模型修正，才能保证优化结果是可行的。

发明内容

本发明的目的在于提出基于模型识别和等效简化的高速平台运动参数自整定方法，用于在现场快速获取实际高速平台的最优运动参数，规避现有方法中存在的缺点，同时，本发明提出的方法也可集成在实际控制器中。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

基于模型识别与等效简化的高速平台运动参数自整定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、从预置的参数化运动函数中选取运动函数，设置初始参数，并在控制器与驱动器的作用下驱动高速平台运动；

步骤二、采集平台的运动状态信息，获取该平台的动态特性信息；

步骤三、利用步骤二获取的动态特性信息，并以驱动方向为基准，建立等效单自由度动力学响应模型，识别出等效模型的刚度、惯性、频率、阻尼参数，构建出与真实平台动力学响应相对应的等效模态动力学响应模型；

步骤四、根据步骤三的等效模态动力学响应模型，对步骤一中所选取的参数化运动函数中的运动参数进行满足运动精度、执行周期更短的综合优化。

更进一步说明，所述步骤三具体包括以下步骤：

A、设置双加速度传感器，分别置于工作端和导轨端，可以测量出刚体运动加速度和弹性振动加速度，并积分出速度和位移信息，通过傅里叶变换得到弹性振动的频率；

B、通过驱动器的电流计算出驱动力，与惯性力差(通过平台质量与刚体运动加速度的乘积)计算引起弹性变形的等效载荷，将A中得到的刚体位移与总位移差计算出弹性变形，两者之商为等效刚度，再根据弹性频率，计算出等效惯性；

C、对驱动停止时的弹性振幅进行拟合，获得位移衰减指数，并根据刚度，惯性，频率，计算出等效阻尼；

D、将平台等效为单自由度质量弹簧阻尼系统，采用上述获取的参数建立等效简化模型。

更进一步说明，所述步骤四具体包括两个可选方案：

1)基于实际驱动运行的参数优化，包括以下步骤:

1a、以参数化曲线作为运动函数，驱动平台运动，并测量振动和定位时间；

1b、对参数进行逐个小修改，通过运行测量获得定位时间，并计算各参数灵敏度；

1c、根据等效模型计算搜索步长，更新参数，重新运行测量定位时间；

1d、重复步骤1b,1c，直到获得最短定位时间。

2)基于等效模型仿真的参数优化，包括以下步骤:

2a、以参数化运动函数作为边界条件，进行模型仿真，并测量振动和定位时间；