【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密加工、运动控制和机电一体化伺服控制领域，具体涉及一种基于自适应切换模型的h型运动平台全驱同步控制方法。
技术介绍
1、h型运动平台是一种可以在xy平面实现定位和跟踪控制的伺服系统，它结构简单高效，中间部分包括由横梁和执行末端构成的h型伺服结构，两侧的推力装置为系统提供动力。在工业控制中，可以通过驱动器将控制量转化为电流或者电压，来驱动两侧的推力装置运动，推力装置可以是直线电机、也可以是旋转电机与滚珠丝杠的组合。h型运动平台以其结构简单、可靠性高以及产生的推力大等优点，被广泛运用于自动化测量、大跨度龙门吊、激光加工、表面贴装及圆晶检测等系统。
2、h型运动平台的控制难点在于双侧电机的耦合同步控制。由于h型运动平台的两侧电机通过横梁耦合在一起、且横梁和导轨的连接处存在间隙，会导致两侧电机的运动相互耦合影响，并产生同步误差，由此引起了h型运动平台的振动、控制稳定性与精度降低等问题。目前已有很多关于h型运动平台的解耦与同步控制的研究，包括主从同步控制、交叉耦合同步控制等方法，但是现有的同步控制方法关注同步控制过程，而忽略了h型运动平台的耦合同步动力学问题，因此现有方法对h型运动平台的同步控制性能的提升仍然比较有限，控制稳定性和精度有待进一步提高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提高h型运动平台的同步控制性能，解决因双侧运动不同步所导致的平台振动、控制稳定性差与精度低的问题，而提出了一种基于自适应切换模型的h型运动平台全驱同步控制方法，通过同步控制性能的提
2、本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
3、一种基于自适应切换模型的h型运动平台全驱同步控制方法，所述方法具体包括以下步骤：
4、步骤一、根据h型运动平台的物理约束建立基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型，再将建立的基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型转化为基于横梁质心位移和两侧电机位置偏差的横梁质心位移-同步误差动力学模型；
5、步骤二、针对h型运动平台横梁的倾角调节与倾角饱和两种工况间的模型切换，设计自适应模型切换参数，将步骤一的模型转化为基于自适应模型切换参数的横梁质心位移-同步误差动力学模型；
6、步骤三、设计h型运动平台的差模和共模解耦控制方法，将基于自适应模型切换参数的横梁质心位移-同步误差动力学模型解耦为全驱同步系统模型；再基于全驱同步系统模型推导出全驱误差动力学模型；
7、步骤四、根据全驱误差动力学模型得到两侧电机的差模控制量和共模控制量，基于两侧电机的差模控制量和共模控制量对h型运动平台进行同步控制。
8、进一步地，所述根据h型运动平台的物理约束建立基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型，具体为：
9、h型运动平台的物理约束为：
10、
11、式中，θ为中间横梁的转角，y1为直线电机1的位移，y2为直线电机2的位移，l为横梁的长度；
12、则在物理约束下，h型运动平台的横梁连接的双边位置-偏角同步动力学模型为：
13、
14、式中，m1为直线电机1的等效惯性质量，m2为直线电机2的等效惯性质量，m为直线电机1和直线电机2的平均质量，kθ1为横梁转角对直线电机1所产生的刚性系数，cθ1为横梁转角对直线电机1所产生的阻尼系数，kθ2为横梁转角对直线电机2所产生的刚性系数，cθ2为横梁转角对直线电机2所产生的阻尼系数，为θ的一阶导数，为y1的二阶导数，为y2的二阶导数，为θ的二阶导数，f1为直线电机1的控制推力，f2为直线电机2的控制推力，ff1为直线电机1所受到的摩擦力，ff2为直线电机2所受到的摩擦力；
15、所述摩擦力ffi为：
16、
17、式中，i＝1,2，yi是直线电机i的位移，为yi的一阶导数，g为重力加速度，sgn(·)为符号函数，mi为直线电机i的等效惯性质量，μk表示物体宏观运动时的常值摩擦系数，kv表示物体宏观运动时的动摩擦因数。
18、进一步地，所述将建立的基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型转化为基于横梁质心位移和两侧电机位置偏差的横梁质心位移-同步误差动力学模型，具体为：
19、将基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型转化为基于两侧电机位置偏差δy的动力学模型：
20、
21、式中，δy＝y1-y2为h型运动平台的同步误差，为δy的一阶导数，为δy的二阶导数，kδ＝(kθ1+kθ2)/l，cδ＝(cθ1+cθ2)/l，ki＝kθi/l，ci＝cθi/l，i＝1,2；
22、将基于两侧电机位置偏差δy的动力学模型转化为基于横梁质心位移和两侧电机位置偏差的横梁质心位移-同步误差动力学模型：
23、
24、式中，y＝(y1+y2)/2，是y的二阶导数，ky＝(k1-k2)/2，cy＝(c1-c2)/2。
25、进一步地，所述将步骤一的模型转化为基于自适应模型切换参数的横梁质心位移-同步误差动力学模型，具体过程为：
26、横梁倾角达到饱和时，横梁质心位移-同步误差动力学模型转化为：
27、
28、则基于自适应模型切换参数的横梁质心位移-同步误差动力学模型为：
29、
30、式中，k(δy)为设计的自适应模型切换参数；
31、基于设计的自适应模型切换参数来实现模型在式(5)和式(6)之间的切换。
32、进一步地，所述自适应模型切换参数k(δy)为：
33、
34、式中，δymax为导轨间隙最大值，e为自然对数的底数，χ＞0，δ＞0，δ表示自适应项的参数。
35、进一步地，设计h型运动平台的差模和共模解耦控制方法，将基于自适应模型切换参数的横梁质心位移-同步误差动力学模型解耦为全驱同步系统模型，具体为：
36、
37、式中，uc为全驱同步系统的共模控制，ud为全驱同步系统的差模控制；
38、
39、进一步地，为了达到全驱同步系统的期望状态，所述全驱误差动力学模型为：
40、
41、式中，为yr的二阶导数，yr为全驱同步系统的期望跟踪信号，为ey的二阶导数，ey为位置偏差。
42、进一步地，所述两侧电机的差模控制量和共模控制量为：
43、
44、其中，为两侧电机的共模控制量，为两侧电机的差模控制量，a0、a1、b0和b1均为极点配置时所需要的系数。
45、进一步地，所述基于两侧电机的差模控制量和共模控制量对h型运动平台进行同步控制，具体为：
46、
47、式中，f1为计算出的直线电机1的控制推力，f2为计算出的直线电机2的控制推力。
48、更进一步地，所述极点配置时所需要的系数a0、a1、b0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述根据H型运动平台的物理约束建立基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述将建立的基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型转化为基于横梁质心位移和两侧电机位置偏差的横梁质心位移-同步误差动力学模型，具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述将步骤一的模型转化为基于自适应模型切换参数的横梁质心位移-同步误差动力学模型，具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述自适应模型切换参数k(Δy)为：
6.根据权利要求5所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，设计H型运动平台的差模和
7.根据权利要求6所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述全驱误差动力学模型为：
8.根据权利要求7所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述两侧电机的差模控制量和共模控制量为：
9.根据权利要求8所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述基于两侧电机的差模控制量和共模控制量对H型运动平台进行同步控制，具体为：
10.根据权利要求9所述的一种基于自适应切换模型的H型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述极点配置时所需要的系数a0、a1、b0和b1的计算方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于自适应切换模型的h型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应切换模型的h型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述根据h型运动平台的物理约束建立基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于自适应切换模型的h型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述将建立的基于横梁偏角的双边位置-偏角同步动力学模型转化为基于横梁质心位移和两侧电机位置偏差的横梁质心位移-同步误差动力学模型，具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于自适应切换模型的h型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述将步骤一的模型转化为基于自适应模型切换参数的横梁质心位移-同步误差动力学模型，具体过程为：
5.根据权利要求4所述的一种基于自适应切换模型的h型运动平台全驱同步控制方法，其特征在于，所述自适应模型切换参数k(δy)...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓磊，曾祎，唐飞龙，刘健行，高亚斌，刘嘉伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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