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专利号: 2019108207281
申请人: 广东工业大学
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:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种压电陶瓷连接的刚柔耦合运动平台控制方法,所述的刚柔耦合运动平台包括框架刚体和平台刚体,其中,框架刚体安装在机械导轨上,平台刚体通过柔性铰链及压电陶瓷连接到框架刚体上;框架刚体和平台刚体上设置有位移速度检测单元;平台刚体上设置有用于驱动框架刚体移动的驱动单元,其特征在于:包括以下步骤:

1)构建工作平台的双闭环控制系统:以规划的位移和速度为参考输入,并以工作平台的实际位移和速度作为反馈,以驱动运动平台的直线电机为执行器,建立所述工作平台的双闭环控制系统;

2)检测平台刚体的位移和速度并分别与工作平台的位移和速度作差,得到两者之间的位移差和速度差,再由压电陶瓷检测平台刚体与工作平台之间的压力,输入到PD控制器A;

3)将步骤2)得到的速度差、位移差分别乘以柔性铰链的阻尼和刚度,再加上测得的压力,得到工作平台的总扰动力;

4)将步骤3)得到的总扰动力与控制量一起输入到扩张状态观测器,估计工作平台的扰动信息;

5)将步骤2)得到的工作平台的位移和速度与运动规划的位移和速度作差,输入到PD控制器B,对位移差和速度差分别进行比例增益放大,得到工作平台的控制量;

6)将步骤4)得到的扰动信息的估计值补偿到步骤5)得到的控制量中,转变为无扰动的刚体平台控制系统;

7)最后,以直线电机是否停止为切换控制的判断条件,停止时即将位移差前向通道由所述PD控制器A构成的控制闭环切换至由所述PD控制器B构成的控制闭环,执行步骤5),控制压电陶瓷促动器的电压,驱动刚体平台定位补偿误差;

步骤3)中所述的总扰动力为:

其中,k,c分别为柔性铰链的刚度和阻尼,FN为

压电陶瓷受到的压力;xM,xm分别为框架刚体和工作平台的位移, 分别为框架刚体和工作平台的速度。

2.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷连接的刚柔耦合运动平台控制方法,其特征在于:步骤4)中的扩张状态观测器为:

2 3

其中,β1=3ω,β2=3ω ,β3=ω ,ω是需要设定的参数;ey为实际反馈与给定位移的差值; 为工作平台位移差的估计值; 为工作平台移动速度的估计值;b0为控制参数,通常为惯量的倒数;u为步骤5)得到的控制量。

3.根据权利要求1或2所述的一种压电陶瓷连接的刚柔耦合运动平台控制方法,其特征在于:步骤5)中的工作平台的控制量获得方法是:控制量通过以下公式获得:其中,kp与kd分别为PD控制器A的比例系数和微分放大系数,为大于0的正数;为工作平台扰动差的估计值;ey为实际反馈与给定位移的差值;xM,xm分别为框架刚体和工作平台的位移; 分别为框架刚体和工作平台的速度;FN为压电陶瓷受到的压力;k,c分别为柔性铰链的刚度和阻尼; 其中,v为给定速度。

4.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷连接的刚柔耦合运动平台控制方法,其特征在于:步骤7)中压电陶瓷的输出电压为:其中,V是压电陶瓷的输出电压,S为圆片底面积,g为材料系数,F是压电陶瓷受到的压力,l是压电陶瓷的厚度;

压电陶瓷作为位移促动器时的位移计算公式为:ΔW=dV;

其中,ΔW是压电陶瓷的伸长量,即是作为位移促动器时的位移,d为压电系数,V为压电陶瓷的输出电压。

5.一种压电陶瓷连接的刚柔耦合运动平台控制方法的应用,其特征在于,大行程精密加工设备上应用如权利要求1至4其中之一所述的刚柔耦合运动平台控制方法控制运动平台。