[发明专利]基于气悬浮振动信号抑制的方法和系统

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于气悬浮振动信号抑制的方法，包括以下步骤：

S1、采集气悬浮系统的振动信号；

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；

S3、建立气悬浮系统的运动系统Y运动轴电压指令—位移的开环传递函数：

其中，K_p为静态增益，τ为时间常数；

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：

其中，A_i、t_i分别为脉冲幅值和脉冲作用的时刻，T_d为为系统的有阻尼振动周期，ζ为系统阻尼比；

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。

所述步骤S4具体包括：

S401、根据系统Y运动轴电压指令—位移的开环传递函数得到相应的闭环传递函数：

(2)式的标准形式为：

上式即为单自由度有阻尼二阶振动系统，其中，其中为系统自然振动频率，为系统阻尼比；

S402、将n个脉冲组成的脉冲序列作用于系统，在最后一个脉冲时间t_n作用后，得到系统的残余振动的幅值为：

其中，

其中，A_i、t_i分别为脉冲幅值和脉冲作用的时刻，t为时间，系统的有阻尼振动频率为系统的有阻尼振动周期为T_d＝2π/ω_d；

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

S404、为使整形时间最短，增加时间约束条件为：

min(t_n)＝0，即t₁＝0 (8)

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MIS ZV整形器，其表示为：

其中，

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：