[发明专利]精密运动平台的运动轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种精密运动平台的运动轨迹规划方法，包括确定运动轨迹约束，其中，运动轨迹约束包括第一参数、第二参数、第三参数；向运动轨迹函数中输入第一参数、第二参数、第三参数，输出随运动时间变化的运动轨迹理想位置曲线，其中，运动轨迹函数根据精密运动平台的驱动电机的热效应和精密运动平台由于加速和/或减速造成的冲击效应构建；将运动轨迹理想位置曲线进行数据离散化处理，得到作为精密运动平台伺服控制模块参考输入的运动轨迹离散位置序列。

技术领域

本发明属于超精密运动领域，具体涉及一种精密运动平台的运动轨迹规划方法。

背景技术

超精密运动系统是超精密制造和加工装备的重要组成部分，在航空航天、激光技术、半导体产业等领域都有着重要的应用。为减小运动平台高加减速造成的冲击及其运动过程产生的热对系统的不良影响，需要对运动轨迹进行规划控制。梯形运动轨迹算法相对简单，但在运动过程中存在加速度的突变，容易激发系统振荡，影响定位系统的精度；S型运动轨迹的算法比梯形运动轨迹更复杂，但S型轨迹曲线边缘平滑，不容易出现加速度突变。轨迹曲线的阶数越高，运动系统的定位精度也越高，但相应轨迹规划算法的复杂度也会增加，影响系统的响应速度。故实际生产中的典型定位运动和扫描运动常采用三阶、四阶或五阶S型曲线。

现有技术采用离散数值积分法对超精密运动系统的轨迹进行规划，该方法的算法简单，易于实现，但需要对待求轨迹进行分段运算：三阶轨迹需分7段，四阶轨迹需分15段，在计算过程中容易出错，同时在更高阶的轨迹中采用这种方法会增加计算机的运算负担，导致系统效率降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种精密运动平台的运动轨迹规划方法，以期至少解决上述提及的技术问题中的至少之一。

本发明的一个方面提供了一种精密运动平台的运动轨迹规划方法，包括：确定运动轨迹约束，其中，运动轨迹约束包括第一参数、第二参数、第三参数；向运动轨迹函数中输入第一参数、第二参数、第三参数，输出随运动时间变化的运动轨迹理想位置曲线，其中，运动轨迹函数根据精密运动平台的驱动电机的热效应和精密运动平台由于加速和/或减速造成的冲击效应构建；将运动轨迹理想位置曲线进行数据离散化处理，得到作为精密运动平台伺服控制模块参考输入的运动轨迹离散位置序列。

根据本发明实施例，第一参数包括驱动电机的热效应比例系数ρ₁和精密运动平台由于加速和/或减速造成冲击效应的比例系数ρ₂。

根据本发明实施例，驱动电机热效应比例系数ρ₁取值范围是0.2≤ρ₁≤20；精密运动平台由于加速和/或减速造成冲击效应的比例系数ρ₂取值范围是0.2≤ρ₂≤20。

根据本发明实施例，第二参数包括运动的终止时间点t_f。

根据本发明实施例，第三参数包括：精密运动平台的最大速度v_max、最大加速度a_max、初始速度v₀、初始加速度a₀、初始位移s₀。

根据本发明实施例，运动轨迹函数由如下函数通过变分法而得：

其中，t₀表示运动的起始时间，t_f表示运动的终止时间，a表示精密运动平台的加速度，j表示精密运动平台的加速度a的一阶导数；ρ₁表示驱动电机的热效应比例系数；ρ₂表示精密运动平台由于加速和/或减速造成冲击效应的比例系数。

根据本发明实施例，运动轨迹函数包括：