基于气悬浮振动信号抑制的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气悬浮运动领域，更具体的说，是涉及一种基于气悬浮振动信号抑制 的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 气悬浮润滑支撑运动系统是超精密装备的主流部件，在超高加速度领域应用方面 前景广阔，并逐渐成为国际主流IC封装设备厂商使用的技术之一。
[0003] 与接触式运动副相比，气悬浮运动副有以下优势：运动副之间的摩擦力很小，伺服 系统的运动性能和运动精度有明显改善；运动部件之间无磨损、无污染、无渗漏、无发热，机 构的使用寿命得到提高，系统的维护成本得到降低；零件表面的加工误差由于气膜的可压 缩性可以均化，设备精度提高。但是，由于气浮运动系统直接驱动、近零摩擦（极小阻尼） 和并联解耦机构薄弱环节的机构特性以及高加速度高速度运行的运动特性，无法避免地会 产生机械谐振和残余振动，成为影响气悬浮运动系统快速高精度定位的主要因素，其最直 观的表现就在于系统定位稳定时间过长（数百毫秒）。因此，设计有效的主动抑振措施对气 悬浮运动系统运动控制器来说至关重要。
[0004] 气悬浮运动系统在采用广义并联结构解耦时，气膜与运动方向耦合，可以视为一 种柔性连接，而且当气悬浮运动系统进行高加速度运动时，会进一步放大这种柔性特征；气 悬浮运动系统具有近零摩擦的特性，缺少阻尼耗散机制自动抑制系统运动产生的残余振 动；输入整形技术是一种开环的前馈调节，不会对伺服控制回路中的其他控制模块产生耦 合干扰，也不会影响系统的稳定性，具有很强的兼容性；输入整形技术通常作为一种离线算 法使用，不会增加控制系统的在线处理负担，可以保证控制器的简单性和控制系统的实时 性。因此，采用输入整形技术来抑制气悬浮运动系统中产生的残余振动是可行的，而且具有 一定的优越性。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种基于气悬浮振动信号抑制的方法和系 统，有效抑制气悬浮运动系统残余振动的特点外，还能提高系统的上升时间，减少系统运动 响应时间的延迟。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
[0007] -种基于气悬浮振动信号抑制的方法，包括以下步骤：
[0008] S1、采集气悬浮系统的振动信号；
[0009] S2、对采集到的振动信号进行数字滤波、去噪和频谱分析，得出气悬浮系统的振动 频率；
[0010] S3、建立气悬浮系统的运动系统Y运动轴电压指令一位移的开环传递函数：
[0012] 其中，Kp为静态增益，T为时间常数；
[0013] S4、根据系统振动频率和阻尼比设计出改进型负脉冲输入整形器：
有阻尼振动周期，G为系统阻尼比；
[0016] S5、通过改进型负脉冲输入整形器对气悬浮系统的振动信号和阻尼比进行分析， 得到脉冲序列，该脉冲序列与一定的期望值输入相卷积，形成相应的指令并作为气悬浮系 统的运动系统输入，实现气悬浮振动信号的抑制。
[0017] 所述步骤S4具体包括：
[0018] S401、根据系统Y运动轴电压指令一位移的开环传递函数得到相应的闭环传递函 数：
[0029] S403、约束脉冲幅值，使成形后的指令可以使系统达到与原控制器指令相同的运 动位置，即
[0031] S404、为使整形时间最短，增加时间约束条件为：
[0032] min(tn) = 0,即h= 0 (8)
[0033] S405、根据约束条件（4) _(7)，在同一振动周期内选择多个脉冲构建3脉冲MISZV 整形器，其表示为：
[0037] S406、为满足保证系统残余振动为零，即约束条件（4)式为零，且同时满足式（7) 的改进型负脉冲输入整形器的脉冲作用时间选择为：
[0038]
[0039] 其中，n为整形器脉冲序列所包含脉冲个数。上式表明，随着脉冲个数的增加，每 个脉冲可以获得更短的延迟时间；
[0040] 与脉冲作用时间式相对应的脉冲幅值为
[0045] S407、根据（11)-(14)给出了改进型负脉冲输入整形器的封闭解，由系统的振动 频率与阻尼比以及所确定的脉冲数目，得到气悬浮运动系统中选择的3脉冲的改进型负脉 冲输入整形器，可以表示为，
[0049] 通过气悬浮运动系统中选择的3脉冲的改进型负脉冲输入整形器得到更短的延 迟时间和可灵活选择的脉冲序列。
[0050] 作为优选的，所述改进型负脉冲输入整形器，其在同一振动周期内选择包含正负 交替的脉冲。
[0051] -种基于气悬浮振动信号抑制的系统，包括相互连接的数据采集端和控制端和输 出立而；
[0052] 所述控制端包括信号处理模块、频谱分析模块、输入整形模块；
[0053] 所述数据采集端用于采集气悬浮系统的振动数据；
[0054] 所述信号处理模块用于对采集到的振动数据进行信号时域分析、数字滤波、去 噪；
[0055] 所述频谱分析模块用于分析处理后的振动数据，得到气悬浮系统的振动频率，并 辨识得出气悬浮运动系统Y运动轴电压指令-位移的传递函数，进而分析得出阻尼比；
[0056] 所述输入整形模块用于对气悬浮系统的振动频率和阻尼比进行分析，并通过改进 型负脉冲输入整形得到脉冲序列，该脉冲序列与一定的期望值输入相卷积，形成相应的指 令；
[0057] 所述输出端将指令输入到气悬浮系统的运动系统中，实现气悬浮振动信号的抑 制。
[0058] 作为优选的，所述数据采集端包括依次连接的振动传感器、信号调理器和数据采 集卡。
[0059] 作为优选的，所述控制端还包括波形显示模块、存储模块和打印模块。
[0060] 作为优选的，所述改进型负脉冲输入整形的表示为：
阻尼振动周期，G为系统阻尼比。
[0063] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：有效抑制气悬浮运动系统残余振动的 特点外，还能提高系统的上升时间，减少系统运动响应时间的延迟，本发明的改进型负脉冲 输入整形可以得到更短的延迟时间，且脉冲序列中所包含的脉冲个数可以灵活选择。
【附图说明】
[0064] 图1是本发明方法的流程图；
[0065] 图2是本发明的系统框图。
【具体实施方式】
[0066] 下面结合附图和实施例对本发明所述的基于气悬浮振动信号抑制的方法和系统 作进一步说明。
[0067] 以下是本发明所述的基于气悬浮振动信号抑制的方法和系统的最佳实例，并不因 此限定本发明的保护范围。
[0068] -种基于气悬浮振动信号抑制的方法，包括以下步骤：
[0069] S1、采集气悬浮系统的振动信号；
[0070] S2、对采集到的振动信号进行数字滤波、去噪和频谱分析，得出气悬浮系统的振动 频率；
[0071] S3、建立气悬浮系统的运动系统Y运动轴电压指令一位移的开环传递函数：
[0073] 其中，Kp为静态增益，T为时间常数；
[0074] S4、根据系统振动频率和阻尼比设计出改进型负脉冲输入整形器：
阻尼振动周期，G为系统阻尼比；
[0077] S5、通过改进型负脉冲输入整形器对气悬浮系统的振动信号和阻尼比进行分析， 得到脉冲序列，该脉冲序列与一定的期望值输入相卷积，形成相应的指令并作为气悬浮系 统的运动系统输入，实现气悬浮振动信号的抑制。
[0078] 所述步骤S4具体包括：
[0079] S401、根据系统Y运动轴电压指令一位移的开环传递函数得到相应的闭环传递函 数：
[0090] S403、约束脉冲幅值，使成形后的指令可以使系统达到与原控制器指令相同的运 动位置，即
[0092] S404、为使整形时间最短，增加时间约束条件为：