基于模型识别与动力学响应等效的运动参数优化

摘要

随着微电子技术的发展，高精度、高速度、高加速已成为现代微电子加工指标要求。要满足高速、高精度的运动平台加工性能要求，在对运动系统中机械结构优化的同时，改善控制技术，提高驱动性能也迫在眉睫。本文针对高速、高精度的运动平台，为满足运动平台的高速、高精度要求，提出了一种基于运动平台模型识别和动力学响应等效的运动参数优化方法，这种方法将被用于提高运动平台的精度，减小平台定位时间和减轻振动。
　　文中通过分析常用的运动控制系统，采用半闭环、位置控制的运动方案，选用了大族直线电机平台、大族伺服驱动器和NI PXI-7350运动控制卡搭建了运动控制系统，建立了研究对象。
　　直线运动平台是多组件间相互作用的运动平台，在运动中，各组件的振动会对平台的运动和定位产生影响，使定位精度难以提高;因此，本文通过对直线运动平台进行动力学响应分析，研究电机平台在运动中存在不同阶次的模态响应;经过模态分解，分离平台存在的多模态响应，并研究产生模态响应各组件之间相互关系，建立了运动平台的等效简化模型。
　　对于等效模型的参数识别，文中采用实验模态测试的方法获得了等效模型实际的频率;考虑到平台在运动结束时，产生的是有阻尼自由振动，将等效模型的运动等效为单自由度系统运动，通过单自由度振动指数衰减法，计算出运动平台系统的物理参数，即等效刚度、等效阻尼和等效质量，从而建立起了一个完整的等效模型。
　　运动参数优化是运动曲线参数化的目标，运动规划是运动参数优化的前提，本文选取了工业控制中常用的、具代表性的S型速度曲线，通过运动规划，设定的运动参数为加加速度G1、G2、G3、G4,通过等效模型仿真的参数优化，设定定位精度为3微米，在满足定位时间最短的条件下，优化出最优运动参数G1、G2、G3、G4。同时为了验证优化参数的实际效果，把优化参数设置在搭建好的运动控制系统中，通过实际运行测试，比较优化和实际运行结果。验证了参数优化方法确实能有效的减小定位时间，减轻振动，提高运动精度。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景和意义

1．2．1 微／光电子的发展现状

1．2．2 微／光电子设备研究意义

1．3 国内外研究现状及分析

1．3．3 系统建模与参数识别

1．3．2 运动规划

1．4 研究内容

第二章 运动控制系统的建立

2．1 运动控制系统的分类

2．1．1 运动控制方案的选择

2．1．2 运动控制卡的选择

2．1．3 驱动器和电机的选择

2．2 上位机控制软件

2．2．1 虚拟仪器

2．2．2 LabVIEW语言

2．2．3 LabVIEW程序开发步骤

2．3 硬件的连接

2．3．1 伺服驱动器与电机的连接

2．3．2 伺服驱动器与UMI-7774的连接

2．4 电机控制界面编写

2．5 本章小结

第三章 动力学响应分析和模型等效

3．1 直线运动平台动力学仿真分析

3．2 直线电机运动平台模态分析

3．3 直线电机运动平台的模型等效

3．4 本章小结

第四章 直线运动平台等效模型参数获取

4．1 振动模态分析

4．1．1 振动问题来源

4．1．2 振动模态分析的基本方法

4．2 动态测试系统

4．2．1 激光测振仪Polytec PSV-400

4．2．2 测试系统的组成

4．3 基于单自由度法的模型参数识别

4．3．1 单自由度振动系统

4．3．2 指数衰减法求解模型参数

4．4 模型参数获取实验

4．5 本章小结

第五章 直线运动平台运动参数优化

5．1 运动参数优化方法的基本路线

5．2 优化参数的选择

5．2．1 梯形运动参数的选择

5．2．2 S型速度曲线运动参数的选择

5．3 参数优化算法

5．3．1 负梯度优化算法

5．3．2 S型速度曲线运动参数的优化

5．4 优化实例

5．4．1 仿真优化

5．4．1 运行验证

5．5 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

声明

致谢