用于點(diǎn)到點(diǎn)小位移平動(dòng)的柔性機(jī)械梁末端快速定位算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于點(diǎn)到點(diǎn)小位移平動(dòng)的柔 性機(jī)械梁末端快速定位算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在高速數(shù)控沖床進(jìn)給機(jī)構(gòu)，高速貼片機(jī)和高速封裝設(shè)備中，柔性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)末 端可視為平動(dòng)柔性機(jī)械梁系統(tǒng)，其作高速、高加/減速運(yùn)動(dòng)時(shí)可處理為：機(jī)械梁在平面內(nèi)作 快速、頻繁的點(diǎn)到點(diǎn)的小位移運(yùn)動(dòng)，并要求梁末端質(zhì)量在目標(biāo)點(diǎn)處高精度定位。對(duì)高速平動(dòng) 柔性梁系統(tǒng)的要求不僅僅能夠達(dá)到高速運(yùn)動(dòng)，而且要求瞬時(shí)達(dá)到高速，瞬時(shí)準(zhǔn)確停止，所以 要求很大的加速度及很高的定位精度。傳統(tǒng)的做法是（1)采用圖像技術(shù)或者激光技術(shù)等非 接觸式測(cè)量方式，對(duì)機(jī)械梁末端的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，以構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，對(duì)梁末端定位進(jìn)行 控制；（2)使用壓電陶瓷對(duì)機(jī)械梁的彈性變形進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到梁末端的定位控制。
[0003] 由于在機(jī)械梁模擬的實(shí)際工程中，系統(tǒng)一般都難以安裝檢測(cè)裝置以準(zhǔn)確獲得梁末 端的響應(yīng)；另外，第（1)方案中增加了測(cè)量梁末端狀態(tài)的傳感器，成本增加的同時(shí)，由于反 饋檢測(cè)元件的加入，也會(huì)對(duì)精密定位系統(tǒng)帶來(lái)相應(yīng)的干擾，因此不能實(shí)施第（1)方案。如果 要采用傳統(tǒng)的方案使平動(dòng)梁系統(tǒng)瞬時(shí)達(dá)到高速，梁末端能瞬時(shí)停止在目標(biāo)點(diǎn)處，就要采用 第（2)方案，然而壓電陶瓷對(duì)抗彎剛度相近的構(gòu)件振動(dòng)補(bǔ)償時(shí)效果具有一定的補(bǔ)償能力， 而當(dāng)構(gòu)件的抗彎剛度大于壓電陶瓷，其補(bǔ)償效果顯著減弱，且由于壓電陶瓷是脆性材料，它 對(duì)相應(yīng)構(gòu)件的補(bǔ)償范圍也是有限的，因此無(wú)法滿足不同材質(zhì)的機(jī)械梁運(yùn)動(dòng)時(shí)其末端快速定 位控制。
[0004] 因此，需要設(shè)計(jì)新的、實(shí)用的用于點(diǎn)到點(diǎn)小位移平動(dòng)的柔性機(jī)械梁末端快速定位 控制算法。
[0005] 上述論述內(nèi)容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發(fā)明的 各個(gè)方面相關(guān)的技術(shù)的各個(gè)方面，相信該論述內(nèi)容有助于為讀者提供背景信息，以有利于 更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面，因此，應(yīng)了解是以這個(gè)角度來(lái)閱讀這些論述，而不是承認(rèn)現(xiàn) 有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種用于點(diǎn)到點(diǎn)小位移平動(dòng)的 柔性機(jī)械梁末端快速定位算法，其可對(duì)柔性機(jī)械梁末端進(jìn)行快速定位。
[0007] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] 提供一種用于點(diǎn)到點(diǎn)小位移平動(dòng)的柔性機(jī)械梁末端快速定位算法，其中機(jī)械梁由 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，包括如下步驟：
[0009]S1、枏據(jù)下沭公式計(jì)算機(jī)械梁的振動(dòng)周期T。
[0010]
⑴
[0011] 其中，m為機(jī)械梁及末端質(zhì)量的總質(zhì)量，1為機(jī)械梁的梁長(zhǎng)，E為機(jī)械梁材料的楊氏 模量，Iz為機(jī)械梁的截面慣性矩；
[0012]S2、將點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間等分成η等份，η的取值為：
[0013] η=Τ。 (2)
[0014] S3、計(jì)算每等分點(diǎn)處的速度Vi
[0015] 機(jī)械梁作快速一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，每一等分點(diǎn)i(0彡i彡n-1)處的速度Vi 根據(jù)下述公式計(jì)算如下：
[0016]
[0017] 其中，S為機(jī)械梁從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)處的位移，Vl為機(jī)械梁從第0等分點(diǎn)到第 (n-1)等分點(diǎn)的速度；
[0018]S4、計(jì)算伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)I
[0019] 在每一個(gè)等分點(diǎn)處，伺服電機(jī)發(fā)一次脈沖，發(fā)出的脈沖數(shù)^根據(jù)下述公式計(jì)算 為：
[0020] (4)
[0021] 其中，Wi為第i等分點(diǎn)處伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)，p為伺服電機(jī)走1mm需要發(fā)送的 脈沖數(shù)；
[0022] S5、根據(jù)下述公式插補(bǔ)計(jì)算最后一個(gè)等分點(diǎn)η處的脈沖數(shù)Wn
[0023]
(5)
[0024] 其中，Wn為第η等分點(diǎn)處伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)。
[0025] 其中，在步驟S2中，機(jī)械梁系統(tǒng)在平面內(nèi)作快速、頻繁的從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的小 位移運(yùn)動(dòng)，將這一段小位移的運(yùn)動(dòng)看作一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期。
[0026] 由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明不僅可以使得系統(tǒng)控制器實(shí) 現(xiàn)更加簡(jiǎn)單，操作更加容易可靠，而且由于無(wú)需增加額外的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)成本會(huì)相應(yīng)的降 低，后期也更易維護(hù)，能廣泛應(yīng)用于可等效為柔性梁結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，作點(diǎn)到點(diǎn)小位移運(yùn)動(dòng)的快 速準(zhǔn)確定位控制。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限 制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得 其它的附圖。
[0028] 圖1是平動(dòng)柔性機(jī)械梁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0029] 圖2是機(jī)械梁控制系統(tǒng)框圖。
[0030] 圖3是本發(fā)明算法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及 實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0032] 如圖1所示，本發(fā)明應(yīng)用的平動(dòng)柔性機(jī)械梁系統(tǒng)中，滑塊0沿水平面左右運(yùn)動(dòng)，機(jī) 械梁一端固定在滑塊上，另一端無(wú)縫隙連接一質(zhì)量體。當(dāng)滑塊沿水平方向作快速點(diǎn)到點(diǎn)的 小位移運(yùn)動(dòng)時(shí)，梁帶著末端質(zhì)量也隨之沿水平方向運(yùn)動(dòng)，并相對(duì)于滑塊產(chǎn)生振動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng) 的動(dòng)力源在于伺服電機(jī)，控制目標(biāo)點(diǎn)在機(jī)械梁末端質(zhì)量。如圖2所示，機(jī)械梁控制系統(tǒng)中， 伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械梁系統(tǒng)中的滑塊〇,滑塊〇與末端質(zhì)量之間還有機(jī)械梁機(jī)構(gòu)，因此要 使得系統(tǒng)作點(diǎn)到點(diǎn)小位移運(yùn)動(dòng)時(shí)，末端質(zhì)量在目標(biāo)點(diǎn)處準(zhǔn)確停止，必須對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控 制算法的設(shè)計(jì)。
[0033] 如圖3所示，本發(fā)明的控制算法包括下述步驟：
[0034] S1、機(jī)械梁的振動(dòng)周期T。的計(jì)算：
[0035]
(1)
[0036] 其中，m為梁及末端質(zhì)量的總質(zhì)量；1為機(jī)械梁的梁長(zhǎng)；E為機(jī)械梁材料的楊氏模 量；Iz為機(jī)械梁的截面慣性矩。
[0037] S2、將點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間進(jìn)行等分
[0038] 機(jī)械梁系統(tǒng)在平面內(nèi)作快速、頻繁的從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的小位移運(yùn)動(dòng)，將這一段 小位移的運(yùn)動(dòng)看作一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，將這個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的時(shí)間分成η等份，η的取值為：
[0039] η=Τ。 (2)
[0040] S3、計(jì)算每等分點(diǎn)處的速度Vi
[0041] 機(jī)械梁系統(tǒng)作快速一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，每一等分點(diǎn)i(0彡i彡n-1)處的速 度計(jì)算如下：
[0042]
[0043] 其中，s為機(jī)械梁從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)處的位移，Vl為機(jī)械梁系統(tǒng)從第0等分點(diǎn)到第 (n-1)等分點(diǎn)的速度。
[0044] S4、計(jì)算伺服電機(jī)每一步發(fā)出的脈沖數(shù)％
[0045] 機(jī)械梁系統(tǒng)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，在每一個(gè)等分點(diǎn)處，伺服電機(jī)發(fā)一次脈沖，發(fā)出 的脈沖數(shù)I計(jì)算為：
[0046]
(4.)
[0047] 其中，Wi為第i等分點(diǎn)處伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)，p為伺服電機(jī)走1mm需要發(fā)送的 脈沖數(shù)。
[0048] S5、插補(bǔ)計(jì)算最后一個(gè)等分點(diǎn)η處的脈沖數(shù)Wn
[0049]
(5)
[0050] 其中，Wn為第η等分點(diǎn)處伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)。
[0051] 上面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0052] 總之，本發(fā)明雖然例舉了上述優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該說(shuō)明，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以進(jìn)行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發(fā)明的范圍，否則都應(yīng)該包 括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于點(diǎn)到點(diǎn)小位移平動(dòng)的柔性機(jī)械梁末端快速定位算法，其中機(jī)械梁由伺服電 機(jī)驅(qū)動(dòng)，其特征在于，包括如下步驟： 51、 根據(jù)下述公式計(jì)算機(jī)械梁的振動(dòng)周期T。丨 其中，m為機(jī)械梁及末端質(zhì)量的總質(zhì)量，1為機(jī)械梁的梁長(zhǎng)，E為機(jī)械梁材料的楊氏模 量，Iz為機(jī)械梁的截面慣性矩； 52、 將點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間等分成η等份，η的取值為： n = T0 (2) 53、 計(jì)算每等分點(diǎn)處的速度Vi 機(jī)械梁作快速一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，每一等分點(diǎn)i (〇彡i彡n-Ι)處的速度\根 據(jù)下述公式計(jì)算如下：其中，s為機(jī)械梁從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)處的位移，V1為機(jī)械梁從第0等分點(diǎn)到第（n-Ι)等 分點(diǎn)的速度； 54、 計(jì)算伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)W1 在每一個(gè)等分點(diǎn)處，伺服電機(jī)發(fā)一次脈沖，發(fā)出的脈沖數(shù)W1根據(jù)下述公式計(jì)算為：其中，W1為第i等分點(diǎn)處伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)，ρ為伺服電機(jī)走Imm需要發(fā)送的脈沖 數(shù)； 55、 根據(jù)下述公式插補(bǔ)計(jì)算最后一個(gè)等分點(diǎn)η處的脈沖數(shù)Wn其中，Wn為第η等分點(diǎn)處伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于點(diǎn)到點(diǎn)小位移平動(dòng)的柔性機(jī)械梁末端快速定位算法，其 特征在于：在步驟S2中，機(jī)械梁系統(tǒng)在平面內(nèi)作快速、頻繁的從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的小位移 運(yùn)動(dòng)，將這一段小位移的運(yùn)動(dòng)看作一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于點(diǎn)到點(diǎn)小位移平動(dòng)的柔性機(jī)械梁末端快速定位算法。包括如下步驟：S1、計(jì)算機(jī)械梁的振動(dòng)周期T0；S2、將點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間等分成n等份，n的取值為：n＝T0；S3、計(jì)算每等分點(diǎn)處的速度vi；S4、計(jì)算伺服電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)Wi；S5、插補(bǔ)計(jì)算最后一個(gè)等分點(diǎn)n處的脈沖數(shù)Wn。本發(fā)明不僅可以使得系統(tǒng)控制器實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單，操作更加容易可靠，而且由于無(wú)需增加額外的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)成本會(huì)相應(yīng)的降低，后期也更易維護(hù)，能廣泛應(yīng)用于可等效為柔性梁結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，作點(diǎn)到點(diǎn)小位移運(yùn)動(dòng)的快速準(zhǔn)確定位控制。
【IPC分類】G05B19/19
【公開(kāi)號(hào)】CN105425723
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510812488
【發(fā)明人】張慧, 王欽若
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月19日