[发明专利]一种基于扰动力补偿的刚柔耦合运动平台控制方法

说明书

本发明公开一种基于扰动力补偿的刚柔耦合运动平台控制方法，首先以平台刚体的速度和位移作为反馈，平台刚体的驱动单元为执行器，建立平台刚体的闭环控制系统，然后检测框架刚体的速度和位移并分别与平台刚体的速度和位移作差，然后将得到的速度差和位移差分别乘以柔性铰链的阻尼和刚度，得到该柔性铰链对平台刚体的量测扰动力，并降控制信号与量测扰动力输入到扩展观测器，得到其余扰动的估计，最终将得到的量测扰动与估计扰动之和，以控制量到驱动力的传递函数而转换为等效控制量，补偿到平台刚体的控制量中，转变为无扰动的刚体平台控制系统。相对现有技术，本发明技术方案无需切换控制且降低了控制复杂性，最终实现高速精密运动。

技术领域

本发明涉及高速精密运动控制技术领域，特别涉及一种基于扰动力补偿的刚柔耦合运动平台控制方法。

背景技术

高速精密运动控制领域中，基于机械导轨的运动平台存在摩擦死区，因此控制精度只能达到微米级别。而更高精度控制的场合中，需要使用气浮、磁悬浮或静压导轨等方式以降低甚至消除摩擦影响，然而采用上述技术的方案成本较高，并且使用的环境要求较高而不适用于量大面广的电子制造技术领域。

电子制造业中存在的摩尔定律，即当价格不改变时，集成电路上可容纳的元器件数目每隔约18～24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，这样对于封装装备的精度和速度提出了更为苛刻的要求。传统的摩擦力补偿方案和控制方法难以满足日益增长的高速精密运动控制需求。为解决上述问题，该领域科技人员一直在努力寻找能够克服摩擦扰动的控制方案，其中线性自抗扰控制算法(LADRC)为克服扰动的一种有效方法，该方法通过将模型误差和外界扰动进行统一考虑，这样可在一定程度上抑制扰动，但是有科研工作人员通过在电动伺服系统应用LADRC进行试验和分析中发现，LADRC并不能适用于高带宽要求和由摩擦引起的强非线性(死区等)的控制对象。与此同时，在先技术采用无摩擦的柔性铰链与机械导轨平台相结合以实现摩擦死区的补偿，但是由于高速运动和补偿过程的控制规律不一致，需要模型切换控制，但是模型切换控制使得整个控制过程变得复杂且繁琐。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种基于扰动力补偿的刚柔耦合运动平台控制方法，旨在实现无需切换控制且降低了控制复杂性，最终实现高速精密运动。

为实现上述目的，本发明提出的一种基于扰动力补偿的刚柔耦合运动平台控制方法，具体包括以下步骤：

S1：以平台刚体的速度和位移作为反馈，所述平台刚体的驱动单元为执行器，建立所述平台刚体的闭环控制系统；

S2：检测框架刚体的速度和位移并分别与所述平台刚体的速度和位移作差，得到两者之间的速度差和位移差；

S3：将所述S2得到的速度差和位移差分别乘以柔性铰链的阻尼和刚度，得到该柔性铰链对所述平台刚体的量测扰动力；

S4:将所述S3得到的量测扰动力与控制量一起输入扩展状态观测器，估计由于刚度阻尼等偏差引起的其余扰动，并与测量扰动叠加，获得系统总扰动；

S5：将所述S4得到的系统总扰动除以控制量到驱动力的传递函数而转换为等效控制量，补偿到所述平台刚体的控制量中，转变为无扰动的刚体平台控制系统。

优选地，所述控制方法的控制对象为刚柔耦合平台，所述刚柔耦合平台包括安装于机械导轨上的所述框架刚体以及通过柔性铰链连接于所述框架刚体上的平台刚体。

优选地，所述框架刚体和所述平台刚体分别安装有位移速度检测单元。

优选地，所述平台刚体安装驱动单元。

优选地，所述框架刚体安装驱动单元，所采用与所述S1相同的方法，以所述框架刚体的速度和位移为反馈，所述框架刚体上的驱动单元为执行器并建立所述框架刚体的闭环控制系统。

优选地，运用所述控制方法的控制系统由控制对象、位移速度检测单元、驱动单元以及控制器组成。