[发明专利]柔性机械结构的振动控制方法和系统

说明书

本申请提供柔性机械结构的振动控制方法和系统。柔性机械结构高速运动会产生持续振动，严重影响工作效率和系统安全性。驱动命令经过本申请提供的新型振动控制器处理后，再驱动柔性机械运动，就可以将振动控制到最小程度。所提出的振动控制器具有较强的鲁棒性和较好的冲击抑制能力，可以应用到很多复杂动态过程的柔性机械领域，例如双吊车协同系统吊运较大体积负载。给出使用所提出的振动控制器在双吊车协同工作中实现振动抑制的系统和方法的实现方案。

技术领域

本发明涉及对柔性机械结构的振动控制方法和系统。使用振动控制器对原始驱动指令进行卷积处理后再驱动柔性机械，来达到振动控制的目的。

背景技术

生产生活实践中很多机械系统带有柔性机构，如起重机和航天器等等。这种带有柔性机构的机械系统运动时，加减速过程会诱使柔性机构产生持续振动。机械系统在低速运动状态下柔性机构的振幅很小一般可以被忽略，但在高速运动时振动过程对机械系统本身的控制性能、工作效率和安全性都有很大影响。这迫使机械系统只能在较低速度下工作。因此，对柔性机械结构的振动过程进行控制是非常有必要的。

国内外现有的主要振动控制方法：光滑曲线、input shaping和闭环反馈控制。

光滑曲线主要包括：S曲线和凸轮多项式。S曲线在数控系统中有广泛应用。它具有低通滤波特性，利用低通滤波特性消除振动。S曲线优点是不需要系统动态性能先验知识，对动态过程未知的高阶复杂系统有较好应用前景。但是当系统固有频率在实际操作中经常发生变化的情况，比如具有柔性结构，此时S曲线对频率误差变得较为敏感，具有较差的鲁棒性。利用凸轮多项式构造凸轮函数来驱动机器运动，可以有效的消除高频段的振动，也具有低通滤波的特性，但是具有较长的调节时间和较差的鲁棒性。

美国专利4916635和5638267授权的Input shaping技术，不是利用光滑函数原理实现机器驱动，它是将输入命令与一系列脉冲的离散卷积来构造整形后的命令驱动机器运动。离散卷积构造的整形器被称作input shaper，目前比较常用的input shaper有：ZVshaper、ZVD shaper、EI shaper和SI shaper。成功地应用在桥吊、塔吊、轮式起重机、船吊、三坐标测量机、航天器、机械手和线性步进马达的振动控制。input shaping构造的整形后命令一般不连续，在边界附近可能出现较大的冲击。

中国专利201210507110.8给出两种光滑器设计，都是连续函数。与输入命令卷积处理后再驱动机器运动，可以实现减振任务。

比较常用的实现振动控制的反馈控制方法包括线性控制、自适应控制、模糊逻辑控制、非线性控制等。基本设计思路是对闭环系统增加阻尼来实现振动控制目的。反馈控制成功应用于工业起重机、柔性机器人等多种领域。人的操作实质上也是一种反馈过程，反馈控制器会与操作者之间的操作过程发生冲突。如果选择低权限反馈控制器将不会干扰人操作，但是振动控制效果较差。另外某些物理过程很难对负载振动进行检测，限制了反馈控制实际使用。

发明内容

为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种新的振动控制方法和系统来抑制柔性机械结构的振动。

本发明的一个方面是提供了柔性机械结构的振动控制方法。将输入信号直接作用在柔性结构上会引起持续振动。本发明提供一种新的振动控制设计公式。将原始驱动指令经过振动控制器处理后，再驱动柔性机械运动，可以将振动抑制到最小程度。

本发明的另一方面，提出了一种适用于柔性机械的振动控制系统，包括：输入模块、计算模块和输出模块。其中，输入模块包括模拟信号或者数字信号采集装置，功能是对输入信号进行采集；计算模块，连接到采集模块，用于将采集到的输入信号根据所提供的方法进行数据处理；输出模块，连接到计算模块，用于将处理后的驱动指令信号驱动柔性机械运动，包括模拟信号或者数字信号输出装置、功率放大装置。