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工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法及装置

更新时间:2024-07-01
工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法及装置 专利申请类型:发明专利;
源自:北京高价值专利检索信息库;

专利名称:工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法及装置

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202111271994.7

专利申请(专利权)人:北京华卓精科科技股份有限公司,北京优微精密测控技术研究有限公司
权利人地址:北京市大兴区科创十街19号院2号楼2层(北京自贸试验区高端产业片区亦庄组团)

专利发明(设计)人:白宇珅,胡海,陈海宁

专利摘要:本发明提供了一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法、装置、存储介质及电子设备,涉及控制工程技术领域,所述方法包括:S1:基于预设冲激系数对预定轴进行激励,获得预定轴的冲激响应;S2:基于前馈控制器的第一前馈系数运行工件台,获得工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数;S3:基于所述冲激响应、位置误差和速度参数,获得前馈控制器的第二前馈系数;S4:判断第二前馈系数与第一前馈系数差值的绝对值是否小于预设阈值;当不小于预设阈值时,获取该第二前馈系数作为第一前馈系数,循环执行S2~S4;否则,获取该第二前馈系数作为整定后的前馈系数。本发明提供的技术方案,能够自动整定前馈控制器的前馈系数,大大提高整定效率。

主权利要求:
1.一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,其特征在于,所述方法包括:S1:基于预设冲激系数对所述工件台的预定轴进行激励,获得所述预定轴的冲激响应;
S2:基于已知的所述前馈控制器的第一前馈系数运行所述工件台,获得所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数;
S3:基于所述预定轴的冲激响应、所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数,获得所述前馈控制器的第二前馈系数;
S4:判断所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值是否小于预设阈值;
当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行S2~S4;
当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数;
所述基于所述预定轴的冲激响应、所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数,获得所述前馈控制器的第二前馈系数,包括:基于所述预定轴的冲激响应和所述前馈控制器的速度参数,获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;
基于所述工件台的位置误差和所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得预设目标函数的梯度;其中,所述预设目标函数基于所述前馈控制器的前馈系数与所述工件台的位置误差之间的关系预先建立;
基于所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得所述预设目标函数的Hessian矩阵;
基于所述预设目标函数的梯度和所述预设目标函数的Hessian矩阵,获得所述前馈控制器的第二前馈系数。
2.根据权利要求1所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,其特征在于,采用以下表达式计算获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导:其中, 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导; 为所述预定轴的冲激响应; 为所述前馈控制器的速度参数;P为所述工件台的传递函数;Cfb为所述工件台的反馈控制器的传递函数;Cff为所述前馈控制器的传递函数;r为所述工件台的输入;y为所述工件台的输出;δ为所述前馈控制器的前馈系数。
3.根据权利要求1所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,其特征在于,采用以下表达式计算所述预设目标函数的梯度:其中, 为所述预设目标函数的梯度;J为所述预设目标函数;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导。
4.根据权利要求1所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,其特征在于,采用以下表达式计算获得所述预设目标函数的Hessian矩阵:其中,Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;v为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号。
5.根据权利要求1所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,其特征在于,采用以下表达式计算获得所述前馈控制器的第二前馈系数:其中,δi+1为第i次迭代时所述前馈控制器的第二前馈系数;δi为第i次迭代时所述前馈控制器的第一前馈系数;γi为第i次迭代时的预设步长;Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述预设目标函数的梯度。
6.根据权利要求1所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,其特征在于,所述预设目标函数为:其中,δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差。
7.根据权利要求1所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,其特征在于,所述前馈控制器的速度参数包括:所述前馈控制器的加速度、加加速度和加加加速度。
8.一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,其特征在于,所述装置包括:激励单元,用于基于预设冲激系数对所述工件台的预定轴进行激励,获得所述预定轴的冲激响应;
运行单元,用于基于已知的所述前馈控制器的第一前馈系数运行所述工件台,获得所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数;
第一获取单元,用于基于所述预定轴的冲激响应、所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数,获得所述前馈控制器的第二前馈系数;
判断单元,用于判断所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值是否小于预设阈值;
循环执行单元,用于当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行所述运行单元、所述第一获取单元和所述判断单元的步骤;
第二获取单元,用于当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数;
所述第一获取单元包括:
第一计算子单元,用于基于所述预定轴的冲激响应和所述前馈控制器的速度参数,获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;
第二计算子单元,用于基于所述工件台的位置误差和所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得预设目标函数的梯度;其中,所述预设目标函数基于所述前馈控制器的前馈系数与所述工件台的位置误差之间的关系预先建立;
第三计算子单元,用于基于所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得所述预设目标函数的Hessian矩阵;
第四计算子单元,用于基于所述预设目标函数的梯度和所述预设目标函数的Hessian矩阵,获得所述前馈控制器的第二前馈系数。
9.根据权利要求8所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,其特征在于,所述第一计算子单元采用以下表达式计算获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导:其中, 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导; 为所述预定轴的冲激响应; 为所述前馈控制器的速度参数;P为所述工件台的传递函数;Cfb为所述工件台的反馈控制器的传递函数;Cff为所述前馈控制器的传递函数;r为所述工件台的输入;y为所述工件台的输出;δ为所述前馈控制器的前馈系数。
10.根据权利要求8所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,其特征在于,所述第二计算子单元采用以下表达式计算所述预设目标函数的梯度:其中, 为所述预设目标函数的梯度;J为所述预设目标函数;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导。
11.根据权利要求8所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,其特征在于,所述第三计算子单元采用以下表达式计算获得所述预设目标函数的Hessian矩阵:其中,Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号。
12.根据权利要求8所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,其特征在于,所述第四计算子单元采用以下表达式计算获得所述前馈控制器的第二前馈系数:其中,δi+1为第i次迭代时所述前馈控制器的第二前馈系数;δi为第i次迭代时所述前馈控制器的第一前馈系数;γi为第i次迭代时的预设步长;Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述预设目标函数的梯度。
13.根据权利要求8所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,其特征在于,所述预设目标函数为:其中,δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差。
14.根据权利要求8所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,其特征在于,所述前馈控制器的速度参数包括:所述前馈控制器的加速度、加加速度和加加加速度。 说明书 : 工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法及装置技术领域[0001] 本发明涉及控制工程技术领域,特别地涉及一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法及装置。背景技术[0002] 工件台,目前一般指干式双工件台,具有前馈控制器和反馈控制器,其中,前馈控制器采用FIR(FiniteImpulseResponse,有限冲激响应)控制器的形式。在工件台的运行过程中需要整定前馈控制器的前馈系数,以获得最优的前馈系数,从而使工件台的运行轨迹的误差最小。[0003] 目前采用人工调整的方式来调整上述前馈系数。在人工调整过程中,需要调试人员多次运行轨迹并观察误差,且需要思考使误差下降的前馈系数调整方向以及调整量。显然,这种方式费时费力、效率低。发明内容[0004] 针对上述现有技术中的问题,本发明提出了一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法及装置,能够自动整定前馈控制器的前馈系数,大大提高整定效率。[0005] 为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:[0006] 第一方面,本发明实施例提供了一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,所述方法包括:[0007] S1:基于预设冲激系数对所述工件台的预定轴进行激励,获得所述预定轴的冲激响应;[0008] S2:基于已知的所述前馈控制器的第一前馈系数运行所述工件台,获得所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数;[0009] S3:基于所述预定轴的冲激响应、所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数,获得所述前馈控制器的第二前馈系数;[0010] S4:判断所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值是否小于预设阈值;[0011] 当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行S2~S4;[0012] 当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数。[0013] 优选地,所述基于所述预定轴的冲激响应、所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数,获得所述前馈控制器的第二前馈系数,包括:[0014] 基于所述预定轴的冲激响应和所述前馈控制器的速度参数,获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;[0015] 基于所述工件台的位置误差和所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得预设目标函数的梯度;其中,所述预设目标函数基于所述前馈控制器的前馈系数与所述工件台的位置误差之间的关系预先建立;[0016] 基于所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得所述预设目标函数的Hessian矩阵;[0017] 基于所述预设目标函数的梯度和所述预设目标函数的Hessian矩阵,获得所述前馈控制器的第二前馈系数。[0018] 优选地,采用以下表达式计算获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导:[0019][0020] 其中, 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导; 为所述预定轴的冲激响应; 为所述前馈控制器的速度参数;P为所述工件台的传递函数;Cfb为所述工件台的反馈控制器的传递函数;Cff为所述前馈控制器的传递函数;r为所述工件台的输入;y为所述工件台的输出;δ为所述前馈控制器的前馈系数。[0021] 优选地,采用以下表达式计算所述预设目标函数的梯度:[0022][0023] 其中, 为所述预设目标函数的梯度;J为所述预设目标函数;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导。[0024] 优选地,采用以下表达式计算获得所述预设目标函数的Hessian矩阵:[0025][0026] 其中,Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号。[0027] 优选地,采用以下表达式计算获得所述前馈控制器的第二前馈系数:[0028][0029] 其中,δi+1为第i次迭代时所述前馈控制器的第二前馈系数;δi为第i次迭代时所述前馈控制器的第一前馈系数;γi为第i次迭代时的预设步长;Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述预设目标函数的梯度。[0030] 优选地,所述预设目标函数为:[0031][0032] 其中,δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差。[0033] 优选地,所述前馈控制器的速度参数包括:所述前馈控制器的加速度、加加速度和加加加速度。[0034] 第二方面,本发明实施例提供了一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,所述装置包括:[0035] 激励单元,用于基于预设冲激系数对所述工件台的预定轴进行激励,获得所述预定轴的冲激响应;[0036] 运行单元,用于基于已知的所述前馈控制器的第一前馈系数运行所述工件台,获得所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数;[0037] 第一获取单元,用于基于所述预定轴的冲激响应、所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数,获得所述前馈控制器的第二前馈系数;[0038] 判断单元,用于判断所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值是否小于预设阈值;[0039] 循环执行单元,用于当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行S2~S4;[0040] 第二获取单元,用于当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数。[0041] 优选地,所述第一获取单元包括:[0042] 第一计算子单元,用于基于所述预定轴的冲激响应和所述前馈控制器的速度参数,获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;[0043] 第二计算子单元,用于基于所述工件台的位置误差和所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得预设目标函数的梯度;其中,所述预设目标函数基于所述前馈控制器的前馈系数与所述工件台的位置误差之间的关系预先建立;[0044] 第三计算子单元,用于基于所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得所述预设目标函数的Hessian矩阵;[0045] 第四计算子单元,用于基于所述预设目标函数的梯度和所述预设目标函数的Hessian矩阵,获得所述前馈控制器的第二前馈系数。[0046] 优选地,所述第一计算子单元采用以下表达式计算获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导:[0047][0048] 其中, 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导; 为所述预定轴的冲激响应; 为所述前馈控制器的速度参数;P为所述工件台的传递函数;Cfb为所述工件台的反馈控制器的传递函数;Cff为所述前馈控制器的传递函数;r为所述工件台的输入;y为所述工件台的输出;δ为所述前馈控制器的前馈系数。[0049] 优选地,所述第二计算子单元采用以下表达式计算所述预设目标函数的梯度:[0050][0051] 其中, 为所述预设目标函数的梯度;J为所述预设目标函数;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导。[0052] 优选地,所述第三计算子单元采用以下表达式计算获得所述预设目标函数的Hessian矩阵:[0053][0054] 其中,Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号。[0055] 优选地,所述第四计算子单元采用以下表达式计算获得所述前馈控制器的第二前馈系数:[0056][0057] 其中,δi+1为第i次迭代时所述前馈控制器的第二前馈系数;δi为第i次迭代时所述前馈控制器的第一前馈系数;γi为第i次迭代时的预设步长;Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述预设目标函数的梯度。[0058] 优选地,所述预设目标函数为:[0059][0060] 其中,δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差。[0061] 优选地,所述前馈控制器的速度参数包括:所述前馈控制器的加速度、加加速度和加加加速度。[0062] 本发明实施例提供的一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法及装置,基于预设冲激系数对工件台的预定轴进行激励,获得预定轴的冲激响应,基于已知的前馈控制器的第一前馈系数运行工件台,获得工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数,基于预定轴的冲激响应、工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数,获得前馈控制器的第二前馈系数;当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行上述步骤;当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数。可见,本发明提供的技术方案,能够自动整定前馈控制器的前馈系数,从而大大提高整定效率。附图说明[0063] 通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本发明公开的范围。其中所包括的附图是:[0064] 图1为本发明实施例的方法流程图;[0065] 图2为本发明实施例中工件台系统的控制框图;[0066] 图3为本发明实施例中工件台运行轨迹误差示意图;[0067] 图4为本发明实施例的装置结构图。具体实施方式[0068] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方法,借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。[0069] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。[0070] 实施例一[0071] 根据本发明的实施例,提供了一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,如图1所示,本发明实施例所述的方法包括:[0072] 步骤S1,基于预设冲激系数对所述工件台的预定轴进行激励,获得所述预定轴的冲激响应;[0073] 本实施例中,所述工件台有6个轴,每个轴对应一组需要整定的前馈系数。在整定过程中,每次针对其中一个轴进行前馈系数的整定,所述预定轴即为上述6个轴中的一个。[0074] 本实施例中,所述预设冲激系数为操作人员预先设置的冲激系数。[0075] 步骤S2:基于已知的所述前馈控制器的第一前馈系数运行所述工件台,获得所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数;[0076] 本实施例中,所述前馈控制器的第一前馈系数即为该前馈控制器的当前前馈系数。在本步骤第一次执行时,该当前前馈系数为操作人员预先设置的初始值;在后续循环执行本步骤时,该当前前馈系数即为通过步骤S3所得到的第二前馈系数,即新的前馈系数,也就是说,将步骤S3所得到的新的前馈系数作为本次循环的当前前馈系数来再次执行步骤S2。[0077] 本实施例中,所述前馈控制器的速度参数包括:所述前馈控制器的加速度acc、加加速度ierk和加加加速度snap。[0078] 所述工件台的位置误差,指的是如图2所示的工件台系统的控制框图中,输入r与输出y之间的差值,其中,输入r为工件台的位置设定值,输出y为工件台运行时的位置实际值。[0079] 步骤S3:基于所述预定轴的冲激响应、所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数,获得所述前馈控制器的第二前馈系数;[0080] 具体地,采用以下方式获得所述前馈控制器的第二前馈系数:基于所述预定轴的冲激响应和所述前馈控制器的速度参数,获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;基于所述工件台的位置误差和所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得预设目标函数的梯度;其中,所述预设目标函数基于所述前馈控制器的前馈系数与所述工件台的位置误差之间的关系预先建立;基于所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得所述预设目标函数的Hessian矩阵;基于所述预设目标函数的梯度和所述预设目标函数的Hessian矩阵,获得所述前馈控制器的第二前馈系数。[0081] 本实施例中,采用以下表达式计算获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导:[0082][0083] 其中, 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导; 为所述预定轴的冲激响应; 为所述前馈控制器的速度参数,即所述前馈控制器的加速度acc、加加速度jerk和加加加速度snap;P为所述工件台的传递函数;Cfb为所述工件台的反馈控制器的传递函数;Cff为所述前馈控制器的传递函数;r为所述工件台的输入;y为所述工件台的输出;δ为所述前馈控制器的前馈系数。[0084] 本实施例中,采用以下表达式计算所述预设目标函数的梯度:[0085][0086] 其中, 为所述预设目标函数的梯度;J为所述预设目标函数;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导。[0087] 本实施例中,采用以下表达式计算获得所述预设目标函数的Hessian矩阵:[0088][0089] 其中,Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号。[0090] 本实施例中,采用以下表达式计算获得所述前馈控制器的第二前馈系数:[0091][0092] 其中,δi+1为第i次迭代时所述前馈控制器的第二前馈系数;δi为第i次迭代时所述前馈控制器的第一前馈系数;γi为第i次迭代时的预设步长;Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述预设目标函数的梯度。[0093] 本实施例中,所述预设目标函数为:[0094][0095] 其中,δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差。[0096] 步骤S4:判断所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值是否小于预设阈值;[0097] 当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行S2~S4;[0098] 当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数。[0099] 本实施例中,步骤S2~S4是一个循环执行的过程,判断所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值是否小于预设阈值,即判断通过上述循环计算所得到的新的前馈系数是否收敛,当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于所述预设阈值时,即表明计算所得到的新的前馈系数收敛,将该新的前馈系数(即最近一次循环计算的第二前馈系数)作为前馈控制器整定后的前馈系数,基于该整定后的前馈系数来运行工件台可得到最小的轨迹误差。[0100] 以下详细说明上述各表达式的计算原理:[0101] 要使工件台的运行轨迹误差最小,本质上是要找到一组前馈系数,使得如下的目标函数J的数值最小,其中,该目标函数是基于工件台的前馈控制器的前馈系数与该工件台的位置误差之间的关系建立的:[0102][0103] 其中,δ为所述前馈控制器的前馈系数,即所需整定的前馈系数,具体为kacc、kjerk、ksnap;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差,即工件台的位置设定值与工件台的位置实际值之间的差值,e=r‑y。[0104] 本实施例优选采用高斯牛顿法原理来求解上述目标函数,以获得该目标函数达到最小值时所对应的δ的值,作为整定后的前馈系数。则,δ的迭代表达式为:[0105][0106] 其中,δi+1为第i次迭代时所述前馈控制器的第二前馈系数;δi为第i次迭代时所述前馈控制器的第一前馈系数,即前馈控制器的当前前馈系数;γi为第i次迭代时的预设步长;Rδ,i为上述目标函数的Hessian矩阵; 为上述目标函数的梯度。[0107] 而上述目标函数的Hessian矩阵Rδ,i和上述目标函数的梯度 又可采用以下表达式表达:[0108][0109][0110] 上式中各参数的物理含义已在上文中描述,此处不再赘述。[0111] 从上述分析可以看出,要求得δi+1,只需要求解目标函数的Hessian矩阵Rδ,i和目标函数的梯度 而通过求解 即可得到Rδ,i;通过求解 和e,即可得到[0112] 可以理解,上述误差e可基于前馈控制器的当前前馈系数运行工件台而得到。下面详细说明 的求解方法:[0113] 如图2所示,r为工件台的输入,即工件台的位置设定值;y为工件台的输出,即工件台运行时的位置实际值;v为外界扰动;Cff为工件台的前馈控制器的传递函数,在图2中可代表前馈控制器;Cfb为工件台的反馈控制器的传递函数,在图2中可代表反馈控制器;P为工件台的传递函数,在图2中可代表该工件台。则,输出y的表达式为:[0114][0115] 将上式y对于δ求偏导,可以得到:[0116][0117] 其中, 为对预定轴进行激励后,所得到的该预定轴的冲激响应,具体为该冲激响应的托普利兹矩阵。即本实施例中,基于步骤S1中的预设冲激系数对工件台的预定轴进行激励,所获得的冲激响应即为[0118] 而Cff的表达式为:[0119] Cff=ksnap*s4+kjerk*s3+kacc*s2[0120] 其中,kacc为加速度acc的系数,kjerk为加加速度jerk的系数,ksnap为加加加速度snap的系数,kacc、kjerk、ksnap均为本实施例所需整定的前馈系数;s为前馈控制器的传递函数中的一个变量,则, 的表达式如以下表1所示:[0121] 表1[0122][0123] 由于工件台的输入r为位置的设定值,因此 的表达式如以下表2所示:[0124] 表2[0125][0126] 表2中的acc、jerk和snap均为轨迹数据的设定值,分别代表前馈控制器的加速度、加加速度、加加加速度,将以上三个参数统称为前馈控制器的速度参数。[0127] 即从表2中可以看出, 可采用加速度acc、加加速度jerk和加加加速度snap的设定值来表示,而该设定值可通过基于前馈控制器的当前前馈系数运行工件台来获得,即通过上述步骤S2来获得。[0128] 实践表明,采用本发明实施例所提供的技术方案,工件台的运行轨迹误差显著下降,如图3所示,横坐标为采样点,纵坐标为对应的轨迹误差。图3中,纵向波动较大的部分为基于整定前的前馈系数得到的轨迹误差,而较平稳的横向轨迹为基于整定后的前馈系数得到的轨迹误差,可见,轨迹误差显著降低,降低了约90%;且整定效率显著提高,完成工件台6自由度前馈的整定仅需一个小时。[0129] 本发明实施例提供的一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法,基于预设冲激系数对工件台的预定轴进行激励,获得预定轴的冲激响应,基于已知的前馈控制器的第一前馈系数运行工件台,获得工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数,基于预定轴的冲激响应、工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数,获得前馈控制器的第二前馈系数;当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行上述步骤;当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数。可见,本发明提供的技术方案,能够自动整定前馈控制器的前馈系数,从而大大提高整定效率。[0130] 实施例二[0131] 与上述方法实施例相对应地,本发明还提供一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,如图4所示,所述装置包括:[0132] 激励单元201,用于基于预设冲激系数对所述工件台的预定轴进行激励,获得所述预定轴的冲激响应;[0133] 运行单元202,用于基于已知的所述前馈控制器的第一前馈系数运行所述工件台,获得所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数;[0134] 第一获取单元203,用于基于所述预定轴的冲激响应、所述工件台的位置误差和所述前馈控制器的速度参数,获得所述前馈控制器的第二前馈系数;[0135] 判断单元204,用于判断所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值是否小于预设阈值;[0136] 循环执行单元205,用于当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行S2~S4;[0137] 第二获取单元206,用于当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于所述预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数。[0138] 本实施例中,所述第一获取单元203包括:[0139] 第一计算子单元,用于基于所述预定轴的冲激响应和所述前馈控制器的速度参数,获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;[0140] 第二计算子单元,用于基于所述工件台的位置误差和所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得预设目标函数的梯度;其中,所述预设目标函数基于所述前馈控制器的前馈系数与所述工件台的位置误差之间的关系预先建立;[0141] 第三计算子单元,用于基于所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导,获得所述预设目标函数的Hessian矩阵;[0142] 第四计算子单元,用于基于所述预设目标函数的梯度和所述预设目标函数的Hessian矩阵,获得所述前馈控制器的第二前馈系数。[0143] 本实施例中,所述第一计算子单元采用以下表达式计算获得所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导:[0144][0145] 其中, 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导; 为所述预定轴的冲激响应; 为所述前馈控制器的速度参数;P为所述工件台的传递函数;Cfb为所述工件台的反馈控制器的传递函数;Cff为所述前馈控制器的传递函数;r为所述工件台的输入;y为所述工件台的输出;δ为所述前馈控制器的前馈系数。[0146] 本实施例中,所述第二计算子单元采用以下表达式计算所述预设目标函数的梯度:[0147][0148] 其中, 为所述预设目标函数的梯度;J为所述预设目标函数;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导。[0149] 本实施例中,所述第三计算子单元采用以下表达式计算获得所述预设目标函数的Hessian矩阵:[0150][0151] 其中,Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述工件台的输出对于所述前馈控制器的前馈系数的偏导;δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号。[0152] 本实施例中,所述第四计算子单元采用以下表达式计算获得所述前馈控制器的第二前馈系数:[0153][0154] 其中,δi+1为第i次迭代时所述前馈控制器的第二前馈系数;δi为第i次迭代时所述前馈控制器的第一前馈系数;γi为第i次迭代时的预设步长;Rδ,i为所述预设目标函数的Hessian矩阵; 为所述预设目标函数的梯度。[0155] 本实施例中,所述预设目标函数为:[0156][0157] 其中,δ为所述前馈控制器的前馈系数;N为采样点的数量;t为采样点的序号;e为所述工件台的位置误差。[0158] 本实施例中,所述前馈控制器的速度参数包括:所述前馈控制器的加速度、加加速度和加加加速度。[0159] 上述装置的工作原理、工作流程等涉及具体实施方式的内容可参见本发明所提供的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法的具体实施方式,此处不再对相同的技术内容进行详细描述。[0160] 本发明实施例提供的一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定装置,基于预设冲激系数对工件台的预定轴进行激励,获得预定轴的冲激响应,基于已知的前馈控制器的第一前馈系数运行工件台,获得工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数,基于预定轴的冲激响应、工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数,获得前馈控制器的第二前馈系数;当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行上述步骤;当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数。可见,本发明提供的技术方案,能够自动整定前馈控制器的前馈系数,从而大大提高整定效率。[0161] 实施例三[0162] 根据本发明的实施例,还提供了一种存储介质,所述存储介质上存储有程序代码,所述程序代码被处理器执行时,实现如上述实施例任一项所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法。[0163] 实施例四[0164] 根据本发明的实施例,还提供了一种电子设备,所述电子设备包括存储器、处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序代码,所述程序代码被所述处理器执行时,实现如上述实施例任一项所述的工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法。[0165] 本发明实施例提供的一种工件台的前馈控制器的前馈系数整定方法、装置、存储介质及电子设备,基于预设冲激系数对工件台的预定轴进行激励,获得预定轴的冲激响应,基于已知的前馈控制器的第一前馈系数运行工件台,获得工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数,基于预定轴的冲激响应、工件台的位置误差和前馈控制器的速度参数,获得前馈控制器的第二前馈系数;当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值不小于预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述第一前馈系数,循环执行上述步骤;当所述第二前馈系数与所述第一前馈系数差值的绝对值小于预设阈值时,获取所述第二前馈系数作为所述前馈控制器整定后的前馈系数。可见,本发明提供的技术方案,能够自动整定前馈控制器的前馈系数,从而大大提高整定效率。[0166] 在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。[0167] 作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。[0168] 另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。[0169] 集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分,或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read‑OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。[0170] 虽然本发明所公开的实施方式如上,但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员,在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下,可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化,但本发明的保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

专利地区:北京

专利申请日期:2021-10-29

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114114899B

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