动态特性智能匹配刚弹分级补偿宏微复合控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械精密制造技术领域，本发明具体涉及动态特性智能匹配刚弹分级补偿宏微复合控制方法。
【背景技术】
[0002]宏微复合运动平台是一种将低精度大行程宏动平台与高精度小行程微动平台进行复合以实现大行程高精密进给的运动平台。宏微复合运动平台存在的一大技术问题为:宏动平台与微动平台之间的协调控制。
[0003]目前，常见的宏微动平台的控制方案主要为采用粗运动和精运动的双闭环反馈双驱动方案，具体为:采用宏微二级平台切换控制方法，控制器首先令宏动平台运动至指定位置，当满足一定的切换条件时，控制器开始对微动平台进行控制来补偿宏动平台的运动误差以实现高定位精度。在上述宏微双闭环反馈控制方案中，宏、微动控制系统中的位移反馈信息为平台的低频刚体位移和高频弹性振动位移的叠加。由于结构与驱动器的不同，宏动平台的响应速度低于微动平台，从而导致包含高频响应速度微动平台的微动控制系统对实际位移与输入位移之间的偏差响应速度高于宏动控制系统。宏、闭环微动控制系统对实际位移与输入位移之间的偏差响应速度的不同导致微动控制系统的位移偏差补偿过程对闭环宏动控制系统产生高频信号干扰。高频干扰将导致闭环宏动控制系统的稳定时间增加，进而增加整体宏微动平台的定位时间。
[0004]发明专利201310494673.2提出一种宏微运动的动态切换方法。其控制方式为:根据宏、微平台的结构及动态特性，确定宏微切换的振幅阈值，并进一步确定相应的切换时亥IJ，在宏动平台接近终点进行减速过程中达到一定的切换条件，提前启动微平台，通过绝对光栅微平台的闭环控制实现平台的精密定位。该控制方法的优点在于:考虑了宏动平台和微动平台的结构响应特性，确定了最优的宏微切换时刻，可以实现短时间内宏微平台的精密定位。其缺点在于:(I)宏微平台运动的最优切换时刻的计算依赖于宏、微平台的动力响应特性，而由于制造安装误差、运动条件变化等影响，宏、微平台的阻尼等动力学响应特性可能发生变化，导致控制方法的稳健性不佳；(2)在多变运动场合中，控制系统必须对宏微平台运动的切换时刻进行实时计算，控制器较为复杂；(3)宏、微动控制系统为双闭环反馈控制，微动控制系统的位移偏差过程会对宏动控制系统产生信号干扰，导致整体宏微动平台的定位时间增加。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出动态特性智能匹配刚弹分级补偿宏微复合控制方法，可以实现高速高精度大行程的宏微复合运动，同时降低控制系统的复杂度，提高平台运动的可靠性。
[0006]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]动态特性智能匹配刚弹分级补偿宏微复合控制方法，其特征在于包括以下步骤:
[0008]a、运动控制指令输入给宏运动控制器，生成运动规划曲线；
[0009]b、宏动控制系统以开环或者半闭环形式控制执行器驱动宏动平台产生宏位移，使宏动平台运动至目标位置；
[0010]C、运动检测装置检测宏动平台的位移信息，采用全闭环控制方式的微动控制系统将位移信息经反馈环节与输入位移信息进行比较，生成位移偏差信号；
[0011]d、微运动控制器根据位移偏差信号生成对微动平台的控制信息，并对宏动平台的运动误差进行补偿。
[0012]宏动控制系统的执行器利用局部闭环反馈环节确保执行器的输出与宏运动控制器的控制输出一致。
[0013]宏动控制系统中的半闭环控制器包括包含编码盘类内嵌反馈传感器。
[0014]宏动控制系统中的半闭环控制器包括外置于宏动平台的反馈传感器，其检测的宏动平台位移信号通过低通滤波后产生低频刚体位移信号反馈给宏运动控制器，形成宏动平台低频刚体位移补偿回路。
[0015]运动检测装置为光栅位移传感器，宏运动控制器为非对称S型曲线运动规划控制器。
[0016]微动平台的驱动执行器为音圈电机或压电陶瓷驱动器，执行机构为柔性铰链构成的柔顺机构。
[0017]宏动平台的执行器为旋转伺服电机或直线电机，旋转伺服电机通过丝杠带动宏动平台移动。
[0018]宏动平台与微动平台相互隔离解耦。
[0019]还包括最优动态特性配置环节，即检测宏动平台的高频位移信息，调节微动控制系统的动态特性。
[0020]检测宏动平台的振动信息是通过离散傅氏变换的快速算法实现的；调节补偿机构的动态特性即动态调节微动平台的刚度、频率和阻尼，将响应放大系数与频率关系变成线性关系。
[0021]本发明采用上述结构，具备以下优点:
[0022]1.宏动控制系统和微动控制系统为解耦独立控制，控制系统简单，成本低，可靠性尚;
[0023]2.宏运动采用开环或半闭环控制，保证了宏动控制系统的稳定性，同时也减少了运动定位时间，进而提高了宏微平台的执行效率；
[0024]3.微运动控制采用以光栅位移传感器为检测环节的全闭环控制方式，对宏动平台的弹性振动误差进行补偿，实现了宏微平台的高精密定位要求；
[0025]4.微动控制系统内的微动平台采用高频执行器配合高固有频率的执行机构的平台，有效地提高了微动控制系统对宏动平台的定位误差补偿的实时性，有利于减少整体宏微动平台的定位时间。
【附图说明】
[0026]图1是本发明第一种实例的框架示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0028]如图1所示，动态特性智能匹配刚弹分级补偿宏微复合控制方法，其特征在于包括以下步骤:
[0029]a、运动控制指令输入给宏运动控制器，生成运动规划曲线；
[0030]b、宏动控制系统以开环或者半闭环形式控制执行器驱动宏动平台产生宏位移，使宏动平台运动至目标位置；
[0031]C、运动检测装置检测宏动平台的位移信息，采用全闭环控制方式的微动控制系统将位移信息经反馈环节与输入位移信息进行比较，生成位移偏差信号；
[0032]d、微运动控制器根据位移偏差信号生成对微动平台的控制信息，并对宏动平台的运动误差进行补偿。
[0033]宏动控制系统的执行器利用局部闭环反馈环节确保执行器的输出与宏运动控制器的控制输出一致。
[0034]宏动控制系统中的半闭环控制器包括包含编码盘类内嵌反馈传感器。
[0035]宏动控制系统中的半闭环控制器包括外置于宏动平台的反馈传感器，其检测的宏动平台位移信号通过低通滤波后产生低频刚体位移信号反馈给宏运动控制器，形成宏动平台低频刚体位移补偿回路。
[0036]运动检测装置为光栅位移传感器，宏运动控制器为非对称S型曲线运动规划控制器。
[0037]微动平台的驱动执行器为音圈电机或压电陶瓷驱动器，执行机构为柔性铰