[发明专利]一种提高多自由度运动系统控制精度的方法

说明书

本发明涉及一种提高多自由度运动系统控制精度的方法，包括：通过静态解耦矩阵将多自由度运动系统转化为多个单自由度系统；对转化后的上述单自由度系统进行系统辨识，得到系统的名义模型；针对上述多个单自由度系统设计干扰观测器矩阵；设计自适应滤波器矩阵，定义误差信号；设定评价函数以及参数迭代更新算法。本发明能够解决多自由度运动系统的静态与动态耦合问题，同时提高抗干扰能力，进而提高多自由度运动系统的控制精度。

技术领域

本发明涉及一种提高多自由度运动系统控制精度的方法。

背景技术

运动精度是机电运动系统重要的性能指标，尤其在光学仪器、精密检测设备、半导体制造领域等具有极高的要求。一方面，极高精度对设备的机械设计、制造、装配都具有很高的要求；另一方面，有效的控制方法，对提高机电设备的运动精度也具有重要的意义。

复杂的机电运动系统一般具有多个自由度，具有多输入多输出的特点，控制方法的设计相对于单输入单输出的单自由度系统更加复杂。为提高机电运动系统的运动精度，一方面要对系统外部扰动，采用抗扰动控制方法；另外一方面，也要考虑多输入多输出系统的内部耦合，对机电运动系统进行解耦控制。在实际应用中较常用的方法是，通过解耦比例矩阵将多变量控制问题转化为单输入单输出的单变量控制问题，再逐一对单自由度的运动进行控制器设计。但解耦比例只能解决静态耦合问题，实际系统中仍然存在着一定的动态耦合，使机电运动系统的运动精度达不到最优效果。

目前，尚未有一种方法能够解决多自由度运动系统静态与动态耦合，且容易受到外部扰动导致运动系统精度降低的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种提高多自由度运动系统控制精度的方法，其能够解决多自由度运动系统的静态与动态耦合问题，同时提高系统的抗干扰能力，进而提高多自由度运动系统的控制精度。

本发明提供一种提高多自由度运动系统控制精度的方法，该方法包括如下步骤：a.通过静态解耦矩阵将多自由度运动系统转化为多个单自由度系统；对转化后的上述单自由度系统进行系统辨识，得到系统的名义模型；b.基于上述系统的名义模型设计干扰观测器矩阵；c.设计自适应滤波器矩阵，定义误差信号；d.根据定义的误差信号及设计的自适应滤波器矩阵，设定评价函数以及参数迭代更新算法。

具体地，所述方法还包括：步骤e.根据所述评价函数以及参数迭代更新算法，初始化自适应滤波器矩阵参数，在闭环状态下进行适应性调整，直至调整完毕。

具体地，所述的步骤a具体包括：

对多自由度运动系统P采用传统的动力学或者试验方法，得到所述多自由度运动系统P的静态解耦矩阵K₀，在多自由度运动系统P前串联K₀，将其转化为多个单自由度系统与残余耦合部分的叠加。

进一步对多自由度运动系统施加多自由度输入激励，测试多自由度输出响应曲线得到频域响应曲线矩阵，将对角线上的曲线分别进行系统辨识分别得到Pn1,Pn2,Pn3…，将其组合成一个对角矩阵，得到Pn＝diag(Pn1,Pn2,Pn3,…)；

将分别设计的控制器C1、C2、C3……组合成对角矩阵从而得到整体的闭环控制器矩阵C＝diag(C1，C2，…)，也就是对角矩阵。

具体地，所述的步骤b具体包括：

利用系统的名义模型Pn，分别对单自由度系统设计自调整干扰观测器，得到低通滤波器矩阵Q和矩阵QPn^-1，其中Q对角矩阵形式为：

Q＝diag(Q₁(z),Q₂(z),Q₃(z),Q₄(z),Q₅(z),Q₆(z))

Q中的元素为低通滤波器，以保证QPn^-1稳定正则。