[發明專利]超精密運動系統前饋控制器參數整定方法

有效

• 申請號: 201810737596.1
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108983703B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 朱煜;李鑫;戴淥爻;成榮;楊開明;王磊杰;張鳴
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京華卓精科科技股份有限公司
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 董永輝;曹素云

1.一種超精密運動系統前饋控制器參數整定方法，其特征在于，采用前饋控制加反饋控制的兩自由度控制策略，前饋控制器和反饋控制器并聯連接，將參考軌跡各階導數作為前饋控制器輸入信號，利用跟蹤誤差與前饋控制器、反饋控制器和參考軌跡的關系進行如下整定：

若反饋控制器直流增益為有限值，跟蹤誤差與參考軌跡N階導數成正比，即跟蹤誤差與參考軌跡N階導數具有相同的形狀，則判定N階導數前饋系數不準確，利用二分法整定N階導數前饋系數，直至跟蹤誤差形狀與參考軌跡的N+1階導數相同，即得準確的N階導數前饋系數；

若反饋控制器直流增益為無窮大并只含有一階積分，跟蹤誤差與參考軌跡的N+1階導數成正比，則判定N階導數前饋系數不準確，利用二分法整定N階導數前饋系數，直至跟蹤誤差形狀與參考軌跡的N+2階導數相同，即得準確的N階導數前饋系數，

其中，N從2逐漸以步長1增加，直至跟蹤性能滿足要求，

其中，被控對象模型，即用于對超精密運動系統進行建模的多質量塊模型的傳遞函數為

其中，G_p(s)是被控對象模型傳遞函數；

m是系統總質量；

ζ_i是各階振動模態的阻尼比；

ω_i是各階振動模態的共振頻率；

α_i是系統常數；

G_r(s)代表剛體模態的傳遞函數；

G_f(s)代表所有M-1個共振模態的傳遞函數；

s為拉普拉斯變量；

M為多質量塊模型中質量塊的個數，

其中，跟蹤誤差的傳遞函數為

其中，

e(s)是軌跡跟蹤誤差；

是被控對象模型傳遞函數的逆；

F(s)是前饋控制器；

G_c(s)是反饋控制器；

r(s)是參考軌跡；

y(s)是系統輸出；

S_i(s)為輸入擾動靈敏度函數，

其中，如果反饋控制器直流增益為有限值，采用純反饋控制，則跟蹤誤差與各高階導數項的關系如下公式：

其中，為由被控對象模型、采樣周期和系統延時決定的系統常數；

r⁽²⁾(s)為r(s)二階導數的拉普拉斯變換，r⁽³⁾(s)為r(s)三階導數的拉普拉斯變換，以此類推；

G_c(0)為反饋控制器直流增益，即拉普拉斯變量s等于0時反饋控制器傳遞函數G_c(s)的值；

T為采樣周期；

τ為系統延時，

其中，如果反饋控制器含有一階積分，則跟蹤誤差相應修正為

其中，r⁽³⁾(s)為r(s)三階導數的拉普拉斯變換，r⁽⁴⁾(s)為r(s)四階導數的拉普拉斯變換，以此類推，

其中，被控對象模型還包括零階保持器和延時環節，零階保持器和延時環節綜合作用的被控對象模型的逆模型為

其中T為采樣周期，

τ為系統延時，

G_zoh(s)為零階保持器傳遞函數，

其中，通過系統辨識方法得到系統質量的估計值，作為2階導數前饋系數，即加速度前饋系數的初始值，用N階導數前饋系數乘以不小于0.5倍的采樣周期作為N+1階導數前饋系數的初始值，其中，N大于等于2。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

通過軌跡規劃或者在線實時差分得到參考軌跡各階導數作為前饋控制器輸入信號。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述超精密運動系統是具有一個剛體模態和多個振動模態的多質量塊模型。