CN110968118B - 一种六自由度调整转台的控制方法 - Google Patents

一种六自由度调整转台的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种六自由度调整转台的控制方法，包括：对六自由度调整转台划分为机械部分进行谐响应分析，以获取不同输入下的N组频率响应数据，对一组频率响应数据进行***辨识，建立不同的阶数‑零点数组合的第一传递函数模型的集合；对N组频率响应数据进行***辨识，从第二传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型作为机械传递函数模型；设定电气部分的预设阶数和预设零点数，对多组预设信号进行***辨识，建立预设阶数、预设零点数的第三传递函数模型的集合和电气传递函数模型；获取并根据整体传递函数控制电机控制器的控制参数，并控制电机控制器依据控制参数控制转台的工作。本发明能够实现复杂***的精准控制。

Description

一种六自由度调整转台的控制方法
技术领域
本发明涉及***辨识技术领域，更具体地说，涉及一种六自由度调整转台的控制方法。
背景技术
现有的传统***辨识技术，其流程主要为：依据辨识目的及***先验知识，设计辨识实验，获取输入/输出数据后，对数据进行预处理，而后根据先验知识及辨识目的，确定模型结构，使用数学方法进行参数估计，建立***的传递函数模型。
对于复杂的***，尤其是复杂的机电***而言，传统辨识方法的难点在于：由于***本身的复杂性，以及对控制精度的高要求，辨识过程中的核心步骤之一：模型结构确定的常规方法效果并不理想，难以精准地给定***的模型结构，从而影响了后续的***辨识，以及基于传递函数模型设计控制器的工作。
已有技术中，针对一些复杂的纯机械结构，分析中，可将***实物拆解为多个简单结构后，对每个部分分别设计实验，获取输入/输出数据后，使用***辨识建立传递函数。但对于某些高精密的机械结构上，测试中不便于拆解，因此即使从理论角度上，可以将***分解为多个环节，但无法拆解的整体机械结构，为各环节实际数据的准确测量造成了困难。
综上所述，如何提供一种能够实现准确控制的六自由度调整转台的控制方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种六自由度调整转台的控制方法，该方法能够实现对六自由度调整转台的精确控制。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种六自由度调整转台的控制方法，应用于六自由度调整转台，所述六自由度调整转台包括转台、音圈电机和电机控制器，所述控制方法包括：
将所述六自由度调整转台划分为机械部分和电气部分；
对所述机械部分进行谐响应分析，以获取不同输入下的N组频率响应数据，对一组所述频率响应数据进行***辨识，建立不同的阶数-零点数组合的第一传递函数模型的集合，从所述第一传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型并以其阶数作为目标阶数、零点数作为目标零点数；
对N组所述频率响应数据进行***辨识，建立所述目标阶数、所述目标零点数的第二传递函数模型的集合，从所述第二传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型作为机械传递函数模型；所述机械传递函数模型为含有参数的传递函数模型；
设定所述电气部分的预设阶数和预设零点数，对多组预设信号进行***辨识，建立所述预设阶数、所述预设零点数的第三传递函数模型的集合，从所述第三传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型，作为电气传递函数模型；所述电气传递函数模型为含有参数的传递函数模型；
依据所述机械传递函数模型和所述电气传递函数模型得到整体传递函数模型，根据所述整体传递函数模型控制得到所述电机控制器的控制参数，并控制所述电机控制器依据所述控制参数控制所述转台的工作。
优选地，获取不同输入下的N组频率响应数据中的不同输入包括：不同频率或不同施力的大小。
优选地，对一组所述频率响应数据进行***辨识，建立不同的阶数-零点数组合的第一传递函数模型的集合，包括：
在N组所述频率响应数据中选择一组所述频率响应数据；
利用辅助变量法对选出的所述频率响应数据进行***辨识，建立若干个传递函数模型，所述传递函数模型的阶数-零点数的组合不相同，以形成所述第一传递函数模型的集合。
优选地，从所述第一传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型并确定目标阶数和目标零点数，包括：
获取所述第一传递函数模型的集合中的各个所述传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，所述相似程度大的传递函数模型为所述优选的传递函数模型；
获取所述优选的传递函数模型的阶数为所述目标阶数，以所述优选的传递函数模型的零点数为所述目标零点数。
优选地，对N组所述频率响应数据进行***辨识，建立所述目标阶数、所述目标零点数的第二传递函数模型的集合，包括：
利用辅助变量法对每一组所述频率响应数据进行***辨识；
建立若干个以所述目标阶数为阶数、以所述目标零点数为零点数的所述传递函数模型的第二传递函数模型的集合，其中每一个所述传递函数模型的阶数均为所述目标阶数、零点数均为所述目标零点数。
优选地，从所述第二传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型作为机械传递函数模型，包括：
获取所述第二传递函数模型的集合中各个传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，所述相似程度大的传递函数模型为所述机械传递函数模型。
优选地，设定所述电气部分的预设阶数和预设零点数，包括：
根据所述电气部分的类型确定所述电气部分的传递函数模型，获取所述电气部分的传递函数模型对应的阶数作为所述预设阶数、对应的零点数作为所述预设零点数。
优选地，对多组预设信号进行***辨识，建立所述预设阶数、所述预设零点数的第三传递函数模型的集合，从所述第三传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型，作为电气传递函数模型；包括：
以电压信号和输出的位移量分别作为预设信号的输入/输出量，以所述预设信号作为输入/输出数据，使用辅助变量法，建立所述预设阶数、所述预设零点数的第三传递函数模型的集合；
获取所述第三传递函数模型的集合中各个传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，所述相似程度大的传递函数模型为所述电气传递函数模型。
根据所述整体传递函数模型控制得到所述电机控制器的控制参数，并控制所述电机控制器依据所述控制参数控制所述转台的工作，包括：
根据所述整体传递函数模型控制所述电机控制器的输出电流，控制所述电机控制器向所述音圈电机输出所述输出电流，以控制所述转台的工作。
本发明将复杂的机械-电气***合理地拆分为机械部分及电气部分，对机械部分借助频率响应分析、建立传递函数模型，降低了***辨识方法中，确定复杂***模型结构的难度；为分析结构复杂、输入/输出数据测量困难的***提供了行之有效的解决方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供六自由度调整转台的控制方法的流程图；
图2为本发明所提供的具体实施例的流程图；
图3为本发明所提供的划分六自由度调整转台的示意图；
图4为六自由度转台的电机控制***的正视图；
图5为六自由度转台的电机控制***的俯视图；
图6为六自由度转台的电机控制***的左视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种六自由度调整转台的控制方法，该方法能够实现对六自由度调整转台的精确控制，控制效果好。
请参考图1至图6，图1为本发明所提供六自由度调整转台的控制方法的流程图；图2为本发明所提供的具体实施例的流程图；图3为本发明所提供的划分六自由度调整转台的示意图；图4为六自由度转台的电机控制***的正视图；图5为六自由度转台的电机控制***的俯视图；图6为六自由度转台的电机控制***的左视图。
本申请提供的一种六自由度调整转台的控制方法，应用于六自由度调整转台，六自由度调整转台包括转台、音圈电机和电机控制器，上述控制方法包括以下步骤：
步骤S1、将六自由度调整转台划分为机械部分和电气部分；
步骤S2、对机械部分进行谐响应分析，以获取不同输入下的N组频率响应数据，对一组频率响应数据进行***辨识，建立不同的阶数-零点数组合的第一传递函数模型的集合，从第一传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型并以其阶数作为目标阶数、零点数作为目标零点数；
步骤S3、对N组频率响应数据进行***辨识，建立目标阶数、目标零点数的第二传递函数模型的集合，从第二传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型作为机械传递函数模型；
步骤S4、设定电气部分的预设阶数和预设零点数，对多组预设信号进行***辨识，建立预设阶数、预设零点数的第三传递函数模型的集合，从第三传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型，作为电气传递函数模型；
步骤S5、依据机械传递函数模型和电气传递函数模型得到整体传递函数模型，根据整体传递函数模型控制电机控制器的控制参数，并控制电机控制器依据控制参数控制转台的工作。
六自由度调整转台的示意图请参考图4至图6，其中，转台1的下方设置有支撑调整腿，对于转台1形成6个方向的支撑和调整，支撑力在图中，分别为F1、F2、F3、F4、F5和F6。
若干个支撑调整支腿分别能够进行调整，以改变转台的空间状态，上述支撑调整支腿分别对应连接音圈电机，上述转台等连接结构是六自由度调整转台的机械部分，音圈电机是六自由度调整转台的电气部分。
步骤S1中将整体划分为机械部分和电气部分，并不是指将实体进行拆分，指的是将二者分别进行分析和考察。
步骤S2中机械部分可以进行建模，得到机械模型，机械模型指的是机械部分的三维结构模型，可以通过软件进行建模分析。对于已建模的机械模型可以进行谐响应分析仿真，谐响应分析仿真是用于确定线性结构在承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应，目的在于计算出结构在几种频率下的响应值对频率的曲线，在本申请中获得并使用的数据是伯德图，也就是对数频率特性曲线，包括幅值图和相角图。谐响应分析仿真适用于本申请中的转台的分析形式。
其中，谐响应分析过程可以输入不同种类或取值的输入值，从而获得N组频率响应数据，仅针对其中一组进行***辨识，获得目标数量的第一传递函数模型，并形成第一传递函数模型的集合。
上述不同种类或取值的输入值包括不同的频率等，以实现得到N组不同输入值建立的频率响应数据组。
本申请提供了一种基于ANSYS建模分析、进行谐响应分析的方案。需要说明的是，谐响应分析仿真中包括：输入谐响应分析仿真对象的材料、密度和需要关注的频率段。
可选的，在本申请中频率设置可以为1-1000Hz，从而获取N组频率响应数据。
上述***辨识的过程中，需要建立不同的阶数-零点数组合的传递函数模型，形成可选择的若干个传递函数模型，其中传递函数模型中可以包括系数，也可以为不包括系数的传递函数模型结构，从而并形成传递函数模型的集合，称为第一传递函数模型的集合。此过程中，可以参考现有技术中通过辅助变量法进行***辨识。由于传递函数模型的集合和传递函数模型结构的集合的差别仅在于是否具有系数，而在后续步骤中并不需要该系数，因此，此处表述为传递函数模型的集合，传递函数模型结构的集合的情况同样也包括在该范围内。
再通过优化选取，得到优选的传递函数模型的集合，从而确定目标阶数和目标零点数。
步骤S3中，将步骤2中得到的N组频率响应数据，将N组频率响应数据均进行***辨识，建立以上述目标阶数为阶数、目标零点数为零点数的传递函数模型，并形成集合后进行优化选择，最终确定机械传递函数模型。步骤S3中得到的传递函数模型是需要包含参数的，并不是传递函数模型结构。
步骤S4中，设定电气部分的预设阶数和预设零点数，可以依据先验知识及理论分析，确定电气部分的类型所对应的电气部分模型，可选的，为后续提到的电气部分的传递函数模型，因为机械部分也会以传递函数的模型为最终获取结果，可以通过将两个传递函数运算得到最终整体的传递函数模型。
对多组预设信号进行***辨识，预设信号可以包括电压信号等，建立以上述预设阶数和预设零点数为标准的第三传递函数模型的集合，从第三传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型，作为电气传递函数模型，电气传递函数模型为含有参数的传递函数模型；该过程与上述过程类似，此处不再赘述。
优化选择的原则可以依据预先设定的标准，例如在传递函数模型对应的幅频特性曲线的特性方面选择，规定特性选择值在预设区间内为优选。也可以根据传递函数模型的标准化均方根误差的数值大小方面选择，数值在预设范围内或最接近预设值为优选。当然，还可以根据传递函数模型的标准化均方根误差与幅频特性曲线的相似度选择，集合中相似度最大的为优选。在一个优选的实施例中，上述优化的选取可以根据传递函数模型的伯德图的幅值得到，具体地，对机械模型进行谐响应分析仿真通过ANSYS仿真实现，仿真分析得到的幅值图与建立的传递函数模型的伯德图的幅值图，二者直观的接近程度可以用于得到直观接近程度；另一种方式是通过传递函数模型的伯德图的幅值与传递函数模型的NRMSE计算值的相似程度确定。
本申请提供的方式并不局限于上述优化方式，重点在于通过建模得到的实际模型中筛选出若干优选模型，得到的是与实际模型相关的优选模型，并不是利用先验知识得到的理论最优解。
本申请中，由于整体模型中机械部分是根据实际模型的分析获取的，所以得到的控制参数能够针对转台***实际结构，以上述控制参数控制电机控制器工作，能够实现音圈电机对转台的控制更加符合转台实际特性。
本发明将复杂的机械-电气***合理地拆分为机械部分及电气部分，对不便于进一步拆分的机械部分，则借助频率响应分析、建立传递函数模型，降低了***辨识方法中，确定复杂***模型结构的难度，为分析结构复杂、输入/输出数据测量困难的***提供了行之有效的解决方案。
步骤S2中，获取不同输入下的N组频率响应数据中的不同输入包括不同频率或不同施力的大小。
步骤S2中，对一组频率响应数据进行***辨识，建立不同的阶数-零点数组合的第一传递函数模型的集合的方法，具体包括以下步骤：
步骤S21、在N组频率响应数据中选择一组频率响应数据；
步骤S22、利用辅助变量法对选出的频率响应数据进行***辨识，建立若干个传递函数模型，传递函数模型的阶数-零点数的组合不相同，以形成第一传递函数模型的集合。
具体地，以某一组频率响应数据分别作为输入/输出数据，使用辅助变量法(IV)，对***机械部分进行***辨识，建立阶数、零点数不同的传递函数模型集合G。
G＝{G1,0(s),G2,0(s),G2,1(s)...Gnp,nz-1(s),Gnp,nz(s)}
其中，np表示阶数，或称为极点数，nz表示零点数，且nz＜np，具体上限值可以在合理范围内调整。需要说明的是，上述阶数和零点数的取值可以为：1≤np≤20,np∈Z，0≤nz≤19,nz∈Z，Z为整数。
其中，np上限为20，nz上限为19，是因为常见适用情况中，选取该阶数值和零点数值已经能够满足分析需要，当然，上述数值还可以根据实际情况进行调整。
本实施例中，利用辅助变量法进行***辨识，可以通过将输入/输出数据均设置为上述单组频率响应数据，从而得到输入/输出的传递函数模型，传递函数模型具体为G(s)。
同时由于不同的阶数和零点数，能够获得不同的传递函数模型G(s)，以上述阶数和零点数进行划分，从而得到上述传递函数模型G(s)的集合：
G＝{G1,0(s),G2,0(s),G2,1(s)...Gnp,nz-1(s),Gnp,nz(s)}
具体地，上述对机械部分进行谐响应分析，以获取不同输入下的N组频率响应数据，包括：对ANSYS有限元分析软件中建立的机械部分模型进行谐响应分析仿真，设定频率范围，分析并获取N组不同输入下的频率响应数据。
上述频率范围具体可以为1-1000Hz。
步骤S2中，从第一传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型并确定目标阶数和目标零点数的方法，具体包括以下步骤：
步骤S23、获取第一传递函数模型的集合中的各个传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，相似程度大的传递函数模型为优选的传递函数模型；
步骤S24、获取优选的传递函数模型的阶数为目标阶数，以优选的传递函数模型的零点数为目标零点数。
得到的各个传递函数模型G(s)可以用于获取对应的幅频特性曲线、标准化均方根误差等，而标准化均方根误差的计算值与幅频特性曲线的图像可以获取相似度或近似度，每个传递函数模型G(s)均对应有一个相似度，可以将所有相似度进行比较，相似度趋近于100％，表示传递函数模型G(s)的模型特征更加优化，因此，在选取优化的传递函数模型G(s)时，可以根据上述相似度得到最优解。由于传递函数模型G(s)的总数有限，因此在不同的阶数和零点数形成的传递函数模型集合中，能够选取出相似度的最优解。
具体地，获取各个传递函数模型的标准化均方根误差，包括获取两个给定的矩阵x[m,n]和矩阵y[m,n]，得到标准化均方根误差NRMSE。
具体地，获取各个传递函数模型的统一形式，如下公式：
Figure BDA0002324889630000091
选取优选的传递函数模型的确定，其中，通用公式中的a1、a2、…、anpm、b0、b1、b2、…、bnzm均为系数，npm为阶数，nzm为零点数，这里Gnpm,nzm(s)是指获取得到的传递函数模型及其最优解均具有上述公式的形式，各系数的取值以各个传递函数模型根据实际确定。
将得到的优化选择的传递函数模型的阶数和零点数提取出来，分别作为目标阶数和目标零点数。
步骤S3中，对N组频率响应数据进行***辨识，建立目标阶数、目标零点数的第二传递函数模型的集合的步骤，具体包括以下步骤：
步骤S31、利用辅助变量法对每一组频率响应数据进行***辨识；
步骤S32、建立若干个以目标阶数为阶数、以目标零点数为零点数的传递函数模型的第二传递函数模型的集合，其中每一个传递函数模型的阶数均为目标阶数、零点数均为目标零点数。
需要说明的是，步骤S3中进行第二次的***辨识，通过辅助变量法再次对每一组频率响应数据进行***辨识，而本次进行***辨识的阶数和零点数的选择并不是按照上述实施例中给定范围的排列组合式的选择，而是将上述目标阶数和目标零点数作为建立传递函数模型，因而需要获取上述目标阶数和目标零点数。
通过上述优化得到的优选的目标阶数和目标零点数，为优选的阶数和零点数，上述步骤S3为通过二者对所有频率响应数据进行***辨识得到的确定阶数和零点数的传递函数模型。
可选的，步骤S3中，从第二传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型作为机械传递函数模型，包括：
步骤S33、获取第二传递函数模型的集合中各个传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，相似程度大的传递函数模型为机械传递函数模型Gm(s)。
选取优选的传递函数模型的方式与上述第一传递函数模型的集合的优化方式一样，在此不再赘述。
可选的，步骤S4中，设定电气部分的预设阶数和预设零点数，包括：
步骤S41、根据电气部分的类型确定电气部分的传递函数模型，获取电气部分的传递函数模型对应的阶数作为预设阶数、对应的零点数作为预设零点数。
确定电气部分模型结构，该模型结构为传递函数模型，具体为结合先验知识及对音圈电机电气环节的分析，确定电气部分模型结构。
通过上述电气部分的传递函数模型得到阶数和零点数，分别作为预设阶数和预设零点数。
可选的，步骤S4中，对多组预设信号进行***辨识，建立所述预设阶数、所述预设零点数的第三传递函数模型的集合，从所述第三传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型，作为电气传递函数模型；包括：
步骤S42、以电压信号和输出的位移量分别作为预设信号的输入/输出量，以所述预设信号作为输入/输出数据，使用辅助变量法，建立所述预设阶数、所述预设零点数的第三传递函数模型的集合；
步骤S43、获取所述第三传递函数模型的集合中各个传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，所述相似程度大的传递函数模型为所述电气传递函数模型。
具体地，第三传递函数模型的确定与上述方式相同，利用多组输入值作为预设信号，其中，电压信号可以为正弦信号、随机高斯白噪声信号等。
可选的，步骤S5中，依据机械传递函数模型和电气传递函数模型得到整体传递函数模型，包括：
步骤S51、获取机械传递函数模型和电气传递函数模型，并以此获取六自由度调整转台的整体传递函数模型。
以导出模型和电气部分模型得到整体模型的方法，具体包括以下步骤：
获取优选的传递函数模型Gm(s)，获取电气部分模型Ge(s)；
获取整体模型G(s)；其中:
G(s)＝Gm(s)·Ge(s)
Gm(s)为优选的传递函数模型，Ge(s)为电气部分模型。
可选的，步骤S5中，根据整体传递函数模型控制得到电机控制器的控制参数，并控制电机控制器依据控制参数控制转台的工作，包括：
步骤S53、根据整体传递函数模型控制电机控制器的输出电流，控制电机控制器向音圈电机输出上述输出电流，以控制转台的工作。
需要说明的是，经过上述整体模型结构的确定，可以依据结构的传递函数控制音圈电机的电机控制器工作，从而依据电机控制器控制上述音圈电机。
具体地，可以对上述整体结构的传递函数模型进行分析，得到传递函数的特性，以此特性来控制电机控制器，电机控制器可以为具有反馈控制的PID控制器，利用电机控制器实现对六自由度调整转台的工作的控制。
现有技术中的电机控制器的设置通常依据先验数据，或进行笼统的分析。考虑到传递函数模型中的特性得到的电机控制器具有符合六自由度调整转台的特性，因此，参数的设定能够达到精准控制音圈电机的目的，对于具有反馈控制的电机控制器而言，反馈控制参数的精确性的提升，能够更好的提升电机控制器的控制精准性。
可选的，上述对电机控制器进行调整，改变的主要是电机控制器音圈电机输出的电流，也就是说，可以通过改变电机控制器向音圈电机输送的电流，从而实现调整音圈电机的工作状态，使之更加符合当前六自由度调整转台的特性和实际状态。
上述方法中主要以具有反馈控制的电机控制进行说明，当然，也可以为其他类型的电机控制器，或者对音圈电机的控制形式。
本发明将复杂机电***拆分为机械部分与电气部分，借助ANSYS有限元分析软件，对***中复杂的机械部分建模，并进行谐响应分析、基于获取的频率响应数据，借助辅助变量法(IV)，建立机械部分的***传递函数模型。对***中简单的电气部分，基于先验知识确定***模型结构，直接依据实验数据，使用辅助变量法(IV)建立电气部分的传递函数模型。最后依据***机械部分与电气部分的传递函数模型，计算***整体传递函数模型。
本申请借助有限元分析，建立传递函数模型，降低了***辨识方法中，确定复杂***模型结构的难度；为分析结构复杂、输入/输出数据测量困难的***提供了行之有效的解决方案。
除了上述各个实施例中所提供的六自由度调整转台的控制方法的主要步骤和内在关系，其中包括的传递函数模型的计算和合成方式，以及其他各部分的内容请参考现有技术，本文不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的六自由度调整转台的控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种六自由度调整转台的控制方法，应用于六自由度调整转台，所述六自由度调整转台包括转台、音圈电机和电机控制器，其特征在于，所述控制方法包括：
将所述六自由度调整转台划分为机械部分和电气部分；
对所述机械部分进行谐响应分析，以获取不同输入下的N组频率响应数据，对一组所述频率响应数据进行***辨识，建立不同的阶数-零点数组合的第一传递函数模型的集合，从所述第一传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型并以其阶数作为目标阶数、零点数作为目标零点数；
对N组所述频率响应数据进行***辨识，建立所述目标阶数、所述目标零点数的第二传递函数模型的集合，从所述第二传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型作为机械传递函数模型；所述机械传递函数模型为含有参数的传递函数模型；
设定所述电气部分的预设阶数和预设零点数，对多组预设信号进行***辨识，建立所述预设阶数、所述预设零点数的第三传递函数模型的集合，从所述第三传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型，作为电气传递函数模型；所述电气传递函数模型为含有参数的传递函数模型；
依据所述机械传递函数模型和所述电气传递函数模型得到整体传递函数模型，根据所述整体传递函数模型控制得到所述电机控制器的控制参数，并控制所述电机控制器依据所述控制参数控制所述转台的工作；
从所述第一传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型并确定目标阶数和目标零点数，包括：
获取所述第一传递函数模型的集合中的各个所述传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，所述相似程度大的传递函数模型为所述优选的传递函数模型；获取所述优选的传递函数模型的阶数为所述目标阶数，以所述优选的传递函数模型的零点数为所述目标零点数；
从所述第二传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型作为机械传递函数模型，包括：
获取所述第二传递函数模型的集合中各个传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，所述相似程度大的传递函数模型为所述机械传递函数模型；
对多组预设信号进行***辨识，建立所述预设阶数、所述预设零点数的第三传递函数模型的集合，从所述第三传递函数模型的集合中选取优选的传递函数模型，作为电气传递函数模型；包括：
以电压信号和输出的位移量分别作为预设信号的输入/输出量，以所述预设信号作为输入/输出数据，使用辅助变量法，建立所述预设阶数、所述预设零点数的第三传递函数模型的集合；获取所述第三传递函数模型的集合中各个传递函数模型的幅频特性曲线、标准化均方根误差，并根据二者的相似程度选取优选的传递函数模型，其中，所述相似程度大的传递函数模型为所述电气传递函数模型。
2.根据权利要求1所述的六自由度调整转台的控制方法，其特征在于，获取不同输入下的N组频率响应数据中的不同输入包括：不同频率或不同施力的大小。
3.根据权利要求2所述的六自由度调整转台的控制方法，其特征在于，对一组所述频率响应数据进行***辨识，建立不同的阶数-零点数组合的第一传递函数模型的集合，包括：
在N组所述频率响应数据中选择一组所述频率响应数据；
利用辅助变量法对选出的所述频率响应数据进行***辨识，建立若干个传递函数模型，所述传递函数模型的阶数-零点数的组合不相同，以形成所述第一传递函数模型的集合。
4.根据权利要求3所述的六自由度调整转台的控制方法，其特征在于，对N组所述频率响应数据进行***辨识，建立所述目标阶数、所述目标零点数的第二传递函数模型的集合，包括：
利用辅助变量法对每一组所述频率响应数据进行***辨识；
建立若干个以所述目标阶数为阶数、以所述目标零点数为零点数的所述传递函数模型的第二传递函数模型的集合，其中每一个所述传递函数模型的阶数均为所述目标阶数、零点数均为所述目标零点数。
5.根据权利要求1至4任一项所述的六自由度调整转台的控制方法，其特征在于，设定所述电气部分的预设阶数和预设零点数，包括：
根据所述电气部分的类型确定所述电气部分的传递函数模型，获取所述电气部分的传递函数模型对应的阶数作为所述预设阶数、对应的零点数作为所述预设零点数。
6.根据权利要求5所述的六自由度调整转台的控制方法，其特征在于，根据所述整体传递函数模型控制得到所述电机控制器的控制参数，并控制所述电机控制器依据所述控制参数控制所述转台的工作，包括：
根据所述整体传递函数模型控制所述电机控制器的输出电流，控制所述电机控制器向所述音圈电机输出所述输出电流，以控制所述转台的工作。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110989357B (zh) * 2019-12-18 2021-05-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种复杂机电***的辨识控制方法和***
CN111595235B (zh) * 2020-04-10 2021-08-10 大连理工大学 一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置及测量方法
WO2022183468A1 (zh) * 2021-03-05 2022-09-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种六自由度调整转台的控制方法
CN113255116B (zh) * 2021-05-11 2023-01-03 四川知周科技有限责任公司 一种用于飞机机电***建模的拆分并行仿真方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1505463A2 (en) * 2003-08-06 2005-02-09 Yamazaki Mazak Corporation Position control device and position control method for machine tools
CN102426420A (zh) * 2011-11-27 2012-04-25 中国科学院光电技术研究所 一种强鲁棒性的运动载体光电稳定平台控制***
JP2018014806A (ja) * 2016-07-20 2018-01-25 日本電産サンキョー株式会社 モータシステム
CN110501958A (zh) * 2019-09-06 2019-11-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种六自由度运动平台的控制***

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1505463A2 (en) * 2003-08-06 2005-02-09 Yamazaki Mazak Corporation Position control device and position control method for machine tools
CN102426420A (zh) * 2011-11-27 2012-04-25 中国科学院光电技术研究所 一种强鲁棒性的运动载体光电稳定平台控制***
JP2018014806A (ja) * 2016-07-20 2018-01-25 日本電産サンキョー株式会社 モータシステム
CN110501958A (zh) * 2019-09-06 2019-11-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种六自由度运动平台的控制***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Nonorthogonality of mean platform frame for Electrostatically Supported Gyro on turntable;Xiao-Xia He等;《Proceedings of the 30th Chinese Control Conference》;20110731;第1674-1677页 *
六自由度转台的神经网络控制;赵强等;《东北林业大学学报》;20011231(第6期);第73-75页 *

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