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组合机床与自动化加工技术 2023年第9期 48-52,58页

作者：黄观新卢永和张驰杨志军广东工业大学省部共建精密电子制造技术装备国家重点实验室广州510006

传统有限元分析方法计算量大,难以保证优化效率。本次研究将缩减基法用于刚柔耦合运动平台的快速优化,介绍了缩减基法的基本理论以及刚柔耦合直线平台的仿真模型,然后对缩减基法计算的位移结果进行误差分析,最大的相对误差为1.8×10^(-... 详细信息

传统有限元分析方法计算量大,难以保证优化效率。本次研究将缩减基法用于刚柔耦合运动平台的快速优化,介绍了缩减基法的基本理论以及刚柔耦合直线平台的仿真模型,然后对缩减基法计算的位移结果进行误差分析,最大的相对误差为1.8×10^(-3),说明此方法不仅效率高,还有良好的计算精度。最后引入遗传算法优化平台的结构参数,并使用ABAQUS验证优化结果。结果表明优化后平台的倾翻角度减少了17.2%,证明缩减基与遗传算法的结合不仅避免了出现局部最优解的情况,还能够达到快速优化的目的,大大缩短了设计周期。

关键词：刚柔耦合运动平台结构优化缩减基法遗传算法工况

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基于频域分析的刚柔耦合运动平台建模与运动控制研究

基于频域分析的刚柔耦合运动平台建模与运动控制研究

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作者：危宇泰广东工业大学

学位级别：硕士

集成电路是现代信息技术的支柱,对国民生产、国防科技等领域都有着重要的意义。作为一门交叉复合型学科,这离不开精密电子制造、精密电子加工等技术的支持。精密运动平台作为精密加工与制造的核心部件,需要满足高速高精的定位要求。刚... 详细信息

集成电路是现代信息技术的支柱,对国民生产、国防科技等领域都有着重要的意义。作为一门交叉复合型学科,这离不开精密电子制造、精密电子加工等技术的支持。精密运动平台作为精密加工与制造的核心部件,需要满足高速高精的定位要求。刚柔耦合运动平台作为一种新型运动平台结构,通过柔性铰链补偿摩擦死区,提高系统的定位精度,能同时实现高加速度的需求,是一种理想的运动平台结构。对该平台的控制策略进行针对性的研究,有助于提升平台的性能,是实现高速高精运动定位的必由之路。本文针对刚柔耦合运动平台的控制策略进行了研究与设计。首先,对其进行了频域建模与分析,得出其频域特性。然后根据分析结果研究和设计相应的频域辨识方法与控制器。最后通过仿真与实物实验证明设计方法的有效性。本文的主要内容及创新如下:(1)本文从刚柔耦合运动平台的结构及其工作原理出发,将平台等效为两自由度的双质量弹簧阻尼系统,并据此对其进行数学建模,获得其传递函数。在此基础上,本文系统的频域特性进行分析,为接下来的系统辨识和控制器设计奠定基础。通过频域分析可知,系统的谐振现象、等效刚度、质量比以及摩擦等都会对系统的频域特性产生影响,需要在控制器设计时加以考虑。(2)本文设计了一种系统辨识方法,以完成对刚柔耦合运动平台的频域建模。在频域辨识上,本文主要考虑以下三点:系统辨识结构、激励信号和信号处理和分析。在辨识结构上,本文选择了开环辨识,以简化辨识系统的设计。在激励信号上,本文对比了若干种激励信号,并根据理论分析与仿真,最终使用Chirp信号作为系统辨识的激励信号。在信号处理和分析上,本文采用了具有抗噪性的相关分析法处理输入输出数据,以避免测量噪声对辨识精度的影响。获得系统的频域特性后,本文基于遗传算法,将频域特性拟合为传递函数,以便接下来的控制器设计。最后进行仿真实验,对所述辨识方法进行了验证,说明了辨识方法的准确性。(3)根据所获得的模型,本文设计了“串级P/PI控制器+滤波器”的控制结构。其中,速度环采用比例-积分控制,并根据系统频域特性添加低通滤波器和陷波滤波器;位置环则采用比例控制。随后,再根据灵敏度函数等频域指标,对控制器参数进行整定,使得系统满足稳定性和抗扰性的要求。最后进行仿真实验,对所述控制器结构及其参数整定的效果进行了验证。(4)本文搭建了刚柔耦合运动平台控制系统,在实物系统上进行辨识和控制器设计的实验,以验证上述方法在实际系统的可行性。其中,在参数整定上,为了使得实际系统即能满足频域指标,又能符合时域上的要求,本文采用粗—精调参的方法。在满足频域指标的参数上,再根据时域指标对控制器参数进行微调。实物实验结果表明,刚柔耦合运动平台的整定时间为12ms,定位精度为0.1μm,实现了高速高精的运动定位效果,从而说明辨识和控制器设计方法的优越性。

关键词：刚柔耦合运动平台频域辨识与建模频域分析频域校正

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