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专利号: 201610888827X
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2026-03-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:连接好直线伺服系统,设置好相关控制器参数,将参数下载到运动控制卡上的芯片中;步骤二:控制器参数下载完成后,使能伺服系统,使电机闭环;步骤三:在直线伺服系统信号输入端输入阶跃信号r1(t),信号阶跃点产生,规定采样周期Ts,采集输出位移信号y1(t),采集采样点,输入信号r1(t)减去输出信号y1(t)为误差信号e1(t);步骤四:规定直线伺服系统的响应调节时间,迭代优化时所使用的误差信号e1(t);步骤五:利用迭代学习法对所得误差进行迭代学习,将经过迭代学习修正过的驱动力重新下发到运动控制卡,反复此迭代学习过程抑制其谐振。

2.如权利要求1所述的一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,步骤二,直线伺服系统的时不变离散状态空间表达式为:

则第k次迭代时输入输出关系为:

其中,H∈RN×N为脉冲传递函数矩阵,uk=[u(0),…,u(N-1)]T为有限离散控制输入指令,yk=[y(0),…,y(N-1)]T为有限离散系统输出信号,k代表迭代次数;

理想轨迹为rset,从起始时刻t0开始,经过执行时间Tn后达到终点位置se后产生残余振动,然后又经过时间Tm,残余振动幅值逐渐衰减,调整时间Tm结束,将迭代学习的时间跨度t∈[0,T]分为执行时间Tn与调整时间Tm。

3.如权利要求2所述的一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,步骤三,残余振动抑制的控制目标是如何抑制调整时间Tm范围内残余振动,使残余振动幅值快速衰减,减少调节时间,引入两个窗口矩阵Wn∈R(n+m)*n与Wm∈Rm×(n+m):

将矩阵H分块后可得Tn的指令信号[u(0),…,u(n-1)]T与Tm内的系统输出[y(n),…,y(n+m-1)]T满足以下矩阵变换:

其中, 分别是第k次迭代时系统在调整时间Tm内的轨迹输出、轨迹指令及轨迹误差。

4.如权利要求3所述的一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,步骤四,迭代学习控制的关键问题之一是收敛性问题的分析,渐进收敛的公式为:

因此,只要K的秩满足式rank(K)=N,则迭代学习控制系统渐进稳定,上述为通用迭代学习的渐进收敛性定理,也适用于基于迭代学习的残余振动控制器设计。

5.如权利要求4所述的一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,步骤五,若HJ的秩为p,且p≤min(m,n),则将HJ进行满秩分解得HJ=HLHR,因此,如何在给定Wn、Wm及HJ=HLHR分解的前提下,设计控制器LL与LR使迭代学习渐进收敛是迭代学习的残余振动抑制收敛性分析的关键问题之一。

6.如权利要求5所述的一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,所述控制器LL基于最佳最小二乘定理的迭代学习最优残余振动抑制进行设计,根据矩阵论,范数理论等有如下最佳最小二乘解定理:m×n m×1 +

设A∈C ,b∈C ,则xopt=A b是线性方程组Ax=b的最佳最小二乘解,即当x=xopt时,令||Ax-b||2取最小值,根据上述定理得:uk+1=(Ip-LLHLHRLR)uk+LLWmrset经过数学运算得出以下公式:

T

LL=HL

因此,在Wn、Wm及HJ=HLHR,LR一定的情况下, 仅与LL有关,当LL=HLT时, 取最小值。

7.如权利要求6所述的一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,所述控制器LR基于迭代学习的残余振动抑制最优反馈进行设计,在Wn、Wm及HJ=HLHR,LR一定的情况下,当LL=HLT时, 取最小值,因此,如何通过设计LR使 收敛且驱动力f∞能量为最小值是迭代学习残余振动抑制的另一个关键问题之一,令LL=HLT,将控制器LR∈Rn×p进行参数线性化处理,令X∈Rn×p,B∈Rn×(n-p),Y∈R(n-p)×p,则有:LR=X+BY

经过数学运算之后得到:

由通用迭代学习收敛性定理可知系统收敛性取决于 最直接的方法可以令

8.如权利要求7所述的一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,设矩阵U=UT是任意一个n阶对称权重矩阵,取目标函数为:

u∞不是Y的函数,令 得出:Y=-(BTUB)-1BTUX。

9.如权利要8所述的一种直线伺服系统机械谐振控制方法,其特征在于,通过控制器LR的设计,可以将驱动力f∞分为两个部分:f∞=LRu∞=Xu∞+BYu∞=f1∞+f2∞

其中,通过X可以改变f1∞,并且迭代学习的收敛性由X唯一确定,通过设计X可以设计迭代学习的收敛性;另一方面,可以通过Y的设计改变f2∞,使驱动力f∞能量为最小。

10.如权利要求1-9任一所述的一种直线伺服系统机械残余振动控制方法,其特征在于,直线伺服系统为直线电机,上位机为电脑或工控机。