[发明专利]一种控制机械振动的方法和系统

说明书

本申请为机械振动问题提供控制方法和系统。轻量化后的机械系统运动过程中会出现持续振动。这种持续振动会对机械系统安全工作有很大影响。本申请提供一种新型振动控制方法，可以对多种类型的机械振动控制问题提供技术手段。本申请发明的这种振动控制方法，本质上一种陷波和低通滤波器的复合体。它的陷波滤波特性对主振模态的振动进行抑制，它的低通滤波特性对高模态的振动进行控制。当机械系统只有一个振动模态时，使用一个振动控制器。当机械系统具有多个振动模态时，使用前两个振动模态的信息设计振动控制器，来实现对全部振动模态的控制。本申请还给出该方法在多种机械系统中的工程实现方案。

技术领域

本发明涉及对机械系统提供新的控制方法和系统，来达到减小振动的目的。使用振动控制器对驱动指令滤波处理，用经过滤波处理后的指令来驱动机械系统运动，来实现振动控制的目的。

背景技术

结构轻量化需求下，很多机械系统具有轻薄结构。典型的轻量化结构包括，梁、轴、连杆、板、绳索、薄膜。这种轻量化结构具有频率低和阻尼小的技术特点，具有持续振动现象。持续振动影响机械系统运动性能，威胁安全工作。主要振动控制方法：光滑曲线、inputshaping和闭环反馈控制。

光滑曲线在数控系统中有广泛应用。它具有低通滤波特性，利用低通滤波特性消除振动。光滑曲线优点是不需要系统动态性能先验知识，对动态过程未知的高阶复杂系统有较好应用前景。但是光滑曲线具有较长的调节时间。而且光滑曲线不能随着系统动力学行为改变而自适应的变化，具有较差的鲁棒性

美国专利4916635和5638267授权的Input shaping技术，不是利用光滑函数原理实现机器驱动，它是将输入命令与一系列脉冲的离散卷积来构造整形后的命令驱动机器运动。离散卷积构造的整形器被称作input shaper，目前比较常用的input shaper有：ZVshaper、ZVD shaper、EI shaper和SI shaper。成功地应用在工业起重机、三坐标测量机、和机器人的振动控制。input shaping构造的整形后命令一般不连续，在边界附近可能出现较大的冲击。

比较常用的反馈控制方法包括线性控制、非线性控制和智能控制。基本设计思路是将振动状态用传感器检测出来反馈形成闭环回来抑制机械振动。反馈控制成功应用于工业起重机、柔性机器人等多种领域。某些应用场合下，振动状态很难检测，限制了反馈控制实际使用。

Command smoothing技术是将原始驱动指令与一个连续函数卷积处理，来产生光滑后的命令驱动机器运动。发明专利201210507110.8和201810198149.3给出了几种Command smoothing技术方法，用于解决机械系统振动控制问题。但是这几种方法调节时间是两倍阻尼振荡周期，调节时间是固定的不可调节变化，而且两周振荡周期对很多应用来说太长。

发明内容

为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种新的控制方法和系统来为机械系统提供振动控制的解决方案。

本发明是为机械振动提供了新的控制方法，满足减振的需求。将驱动指令经过本发明提供的振动控制器进行滤波处理后，再驱动机械系统运动，可以对机械振动进行控制。

本发明可以有效地对多种类型的机械系统实现振动控制。应用本发明的技术方案，可以在保证振动控制的基础上，实现工作效率最优和操作安全的解决方案。最后给出两个具体实例来说明，使用所给出的振动控制方法可以对多种技术领域中振动控制提供解决方案。

附图说明

图1示单模态机械系统振动控制过程图；

图2示振动控制器的时间轮廓图；

图3示频率敏感曲线图；

图4示阻尼敏感曲线图；

图5示百分比振幅对归一化频率偏导数曲线图；

图6示多模态机械系统振动控制过程图；