[发明专利]一种多自由度精密定位平台的解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制领域，特别是一种多自由度精密定位平台的解耦控制方 法。

背景技术

多自由度精密定位平台能够配合其它仪器设备完成高精度的任务，而在微电 子、显微医学、纳米技术、生物工程等领域发挥着越来越重要的作用。高精密的 定位平台通常采用智能材料作为驱动器，如压电陶瓷和磁致伸缩材料等，以柔性 铰链作为运动副。随着科技的发展，特别是微电子产品、精密加工等领域，对平 台的定位精度提出了越来越高的要求。但机械结构与加工精度的问题，不同自由 度之间的耦合效应直接影响着定位精度的提高。

耦合效应是指精密定位平台各自由度之间的传动相互干涉。在理想的情况 下，多自由度正交的精密定位平台沿着某一个自由度传动时，对其它自由度的输 出没有影响，但由于结构本身与机械加工等问题，不同自由度的传动还是存在着 耦合效应。

由于多自由度精密定位平台的耦合效应主要由结构本身引起，所以平台解耦 多采用优化结构设计的方法，制造新的定位平台。这种解耦方法制造时需要很高 的加工精度，而且需要更换硬件，替换掉原有的精密定位平台，所以经济成本也 很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度精密定位平台的解耦控制方法，既节约 了经济成本又提高了多自由度精密定位平台的定位精度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种多自由度精密定位平台的解耦控制 方法，包括以下步骤：

(1)对于N(N≥2)个自由度的精密定位平台，单独测试每个自由度的输出 响应，并采样记录输入与输出数据；

(2)根据测试结果，分别建立每个自由度的数学模型，H₁,H₂,H₃,…,H_N；

所述数学模型H_i(i＝1,2,3,…,N)描述第i个自由度的在无耦合效应的输入 与输出关系。模型H_i的输入量是精密定位平台第i个自由度的输入x_i，输出量是 精密定位平台第i个自由度的无耦合效应输出u_i，可用下式表示：

u_i＝H_i(x_i)。

(3)分别测试耦合效应对每个自由度输出的影响，并通过采样记录输入与输 出数据；

(4)根据测试结果，分别建立每个自由度的耦合数学模型，G₁,G₂,G₃,…,G_N；

所述的耦合数学模型G_i(i＝1,2,3,…,N)描述耦合效应对述第i个自由度 输出的影响。模型G_i输入量是精密定位平台除去第i个自由度，其它N-1个自由 度的输入x₁,x₂,…,x_i-1,x_i+1,…,x_N，输出量是耦合效应引起第i个自由度输出的变 化量Δy_i。因此，多自由度精密定位平台第i个自由度的输出可以表达为无耦全 效应输出u_i与耦合效应引起输出变化Δy_i的叠加：

y_i＝u_i+Δy_i＝H_i(x_i)+G_i(x₁,x₂,...,x_i-1,x_i+1,...,x_N)。

(5)在实时控制中，当输入发生变化后，根据耦合数学模型分别计算出每个 自由度上耦合效应引起的位移变化量Δy₁,Δy₂,Δy₃,…,Δy_N；

(6)根据计算的位移变化量与每个自由度数学模型，依次计算出每个自由度 修改后的输入值v₁,v₂,v₃,…,v_N，并分别作用在平台每个自由度上，使得修改输 入值引起的输出变化与耦合效应引起的输出变化相抵消。