[發(fā)明專利]一種精密氣懸浮系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810937838.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN108897225A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 凌翔;張昱;秦昊;張東波;楊瑞;魏千洲;劉智;林利彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東省智能制造研究所
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 廣州容大專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

本發(fā)明公開一種精密氣懸浮系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法及系統(tǒng)，涉及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，包括建立精密氣懸浮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；建立自適應(yīng)控制器；基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論調(diào)整所建立的自適應(yīng)控制器；采用調(diào)整后的自適應(yīng)控制器對(duì)精密氣懸浮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的輸出進(jìn)行自適應(yīng)控制；將自適應(yīng)控制方法應(yīng)用到精密氣懸浮系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制，以避免控制系統(tǒng)對(duì)精密氣懸浮的模型的依賴性，補(bǔ)償制造誤差和環(huán)境干擾，確保整個(gè)控制系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)的可靠性和對(duì)參數(shù)變化的魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種精密氣懸浮系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)結(jié)合滾珠絲杠傳動(dòng)的導(dǎo)向方式已逐漸被無摩擦支撐技術(shù)和無摩擦直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)所取代，而采用以氣浮技術(shù)為導(dǎo)向和軸承支撐形式的精密氣浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)正逐漸在高速度高精度伺服運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中嶄露頭角，其以直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式來消除系統(tǒng)內(nèi)的摩擦、死區(qū)等非線性干擾，結(jié)構(gòu)上具有無機(jī)械接觸的特點(diǎn)，能在長(zhǎng)行程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞μm甚至nm級(jí)的定位精度。

精密氣浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)具有高精度、無摩擦、低污染等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于光刻技術(shù)、超精密加工、生物檢測(cè)技術(shù)、納米表面形貌測(cè)量等領(lǐng)域，并不斷向高速度、高加速度、高精度方向發(fā)展。

同時(shí)，對(duì)于氣浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)來說，外界擾動(dòng)(如直線電機(jī)的力波紋、驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的電噪聲和測(cè)量噪聲、線纜產(chǎn)生的線纜力等)、環(huán)境改變以及系統(tǒng)參數(shù)的變化都會(huì)直接影響平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度。此外精密氣浮運(yùn)動(dòng)部件可能處于振動(dòng)較大的工作環(huán)境中，其振動(dòng)的消除也是一大問題。

傳統(tǒng)抑制振動(dòng)的方法是通過被動(dòng)的隔振，減振的方法來起到減振的目的，而這些方法比較被動(dòng)、死板、適應(yīng)性差，不能對(duì)多變的外界振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。為了克服上述困難，振動(dòng)主動(dòng)控制被提出來，振動(dòng)主動(dòng)控制能夠?qū)崟r(shí)感受到外界的振動(dòng)情況，做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，輸出控制信號(hào)，來抑制振動(dòng)。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的抗振動(dòng)性能對(duì)于系統(tǒng)的工作可靠性和精度是至關(guān)重要的。大量的工程結(jié)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)行中普遍承受振動(dòng)環(huán)境的激勵(lì)，若不采取措施對(duì)這些結(jié)構(gòu)的振動(dòng)予以抑制，就會(huì)影響結(jié)構(gòu)上各部件的工作性能和壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使其功能失效。因此，為了提高結(jié)構(gòu)的工作性能和精度，必須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)振動(dòng)控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)問題提供一種精密氣懸浮系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法及系統(tǒng)，將自適應(yīng)控制方法應(yīng)用到精密氣懸浮系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制，以避免控制系統(tǒng)對(duì)精密氣懸浮的模型的依賴性，補(bǔ)償制造誤差和環(huán)境干擾，確保整個(gè)控制系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)的可靠性和對(duì)參數(shù)變化的魯棒性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種精密氣懸浮系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，包括如下步驟：

S10、建立精密氣懸浮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；

S20、建立自適應(yīng)控制器；

S30、基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論調(diào)整所建立的自適應(yīng)控制器；

S40、采用調(diào)整后的自適應(yīng)控制器對(duì)精密氣懸浮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的輸出進(jìn)行自適應(yīng)控制。

優(yōu)選地，步驟S30所述的基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論調(diào)整所建立的自適應(yīng)控制器，具體為：基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論調(diào)整自適應(yīng)控制器的自適應(yīng)控制律。

優(yōu)選地，步驟S10所述的建立精密氣懸浮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，具體如下：

其中，q為精密氣懸浮系統(tǒng)的振動(dòng)軌跡參數(shù)，C為系統(tǒng)阻尼，K_b為系統(tǒng)頻率，d為環(huán)境擾動(dòng)，u為精密氣懸浮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型輸入。

優(yōu)選地，步驟S20所述的建立自適應(yīng)控制器，具體如下：