[發(fā)明專利]一種多自由度精密定位平臺的解耦控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610122596.1
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105676644A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳遠(yuǎn)晟;裘進(jìn)浩;羅富;許友偉;吳軍基
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué);南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別是一種多自由度精密定位平臺的解耦控制方 法。

背景技術(shù)

多自由度精密定位平臺能夠配合其它儀器設(shè)備完成高精度的任務(wù)，而在微電 子、顯微醫(yī)學(xué)、納米技術(shù)、生物工程等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。高精密的 定位平臺通常采用智能材料作為驅(qū)動(dòng)器，如壓電陶瓷和磁致伸縮材料等，以柔性 鉸鏈作為運(yùn)動(dòng)副。隨著科技的發(fā)展，特別是微電子產(chǎn)品、精密加工等領(lǐng)域，對平 臺的定位精度提出了越來越高的要求。但機(jī)械結(jié)構(gòu)與加工精度的問題，不同自由 度之間的耦合效應(yīng)直接影響著定位精度的提高。

耦合效應(yīng)是指精密定位平臺各自由度之間的傳動(dòng)相互干涉。在理想的情況 下，多自由度正交的精密定位平臺沿著某一個(gè)自由度傳動(dòng)時(shí)，對其它自由度的輸 出沒有影響，但由于結(jié)構(gòu)本身與機(jī)械加工等問題，不同自由度的傳動(dòng)還是存在著 耦合效應(yīng)。

由于多自由度精密定位平臺的耦合效應(yīng)主要由結(jié)構(gòu)本身引起，所以平臺解耦 多采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，制造新的定位平臺。這種解耦方法制造時(shí)需要很高 的加工精度，而且需要更換硬件，替換掉原有的精密定位平臺，所以經(jīng)濟(jì)成本也 很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多自由度精密定位平臺的解耦控制方法，既節(jié)約 了經(jīng)濟(jì)成本又提高了多自由度精密定位平臺的定位精度。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種多自由度精密定位平臺的解耦控制 方法，包括以下步驟：

(1)對于N(N≥2)個(gè)自由度的精密定位平臺，單獨(dú)測試每個(gè)自由度的輸出 響應(yīng)，并采樣記錄輸入與輸出數(shù)據(jù)；

(2)根據(jù)測試結(jié)果，分別建立每個(gè)自由度的數(shù)學(xué)模型，H₁,H₂,H₃,…,H_N；

所述數(shù)學(xué)模型H_i(i＝1,2,3,…,N)描述第i個(gè)自由度的在無耦合效應(yīng)的輸入 與輸出關(guān)系。模型H_i的輸入量是精密定位平臺第i個(gè)自由度的輸入x_i，輸出量是 精密定位平臺第i個(gè)自由度的無耦合效應(yīng)輸出u_i，可用下式表示：

u_i＝H_i(x_i)。

(3)分別測試耦合效應(yīng)對每個(gè)自由度輸出的影響，并通過采樣記錄輸入與輸 出數(shù)據(jù)；

(4)根據(jù)測試結(jié)果，分別建立每個(gè)自由度的耦合數(shù)學(xué)模型，G₁,G₂,G₃,…,G_N；

所述的耦合數(shù)學(xué)模型G_i(i＝1,2,3,…,N)描述耦合效應(yīng)對述第i個(gè)自由度 輸出的影響。模型G_i輸入量是精密定位平臺除去第i個(gè)自由度，其它N-1個(gè)自由 度的輸入x₁,x₂,…,x_i-1,x_i+1,…,x_N，輸出量是耦合效應(yīng)引起第i個(gè)自由度輸出的變 化量Δy_i。因此，多自由度精密定位平臺第i個(gè)自由度的輸出可以表達(dá)為無耦全 效應(yīng)輸出u_i與耦合效應(yīng)引起輸出變化Δy_i的疊加：

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

(5)在實(shí)時(shí)控制中，當(dāng)輸入發(fā)生變化后，根據(jù)耦合數(shù)學(xué)模型分別計(jì)算出每個(gè) 自由度上耦合效應(yīng)引起的位移變化量Δy₁,Δy₂,Δy₃,…,Δy_N；

(6)根據(jù)計(jì)算的位移變化量與每個(gè)自由度數(shù)學(xué)模型，依次計(jì)算出每個(gè)自由度 修改后的輸入值v₁,v₂,v₃,…,v_N，并分別作用在平臺每個(gè)自由度上，使得修改輸 入值引起的輸出變化與耦合效應(yīng)引起的輸出變化相抵消。