基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法技术方案

基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法，本发明专利技术涉及贴片机驱动系统的多变量约束控制方法。本发明专利技术为了解决在运动过程中由于速度过大对贴片机启动系统造成损害或因为控制输入超过贴片机所提供的最大输入导致贴片机不能正常工作等问题。本发明专利技术包括：一、建立贴片机驱动系统沿x轴或y轴运动的动力学模型，并确定贴片机驱动系统受到的约束条件；二、为贴片机驱动系统设计采样控制器；三、在假设贴片机驱动系统的未建模动态以及外界扰动为常值的条件下，预测当参考信号不发生变化时贴片机驱动系统的状态和控制输入的大小；四、设计参考调节器，使贴片机驱动系统满足步骤一中的约束条件。本发明专利技术用于贴片机运动系统的多变量约束控制领域。

【技术实现步骤摘要】
基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法
本专利技术涉及贴片机运动系统的多变量约束控制领域，特别涉及贴片机驱动系统的多变量约束控制方法。
技术介绍
在贴片机工作的过程中，根据不同的需要，会要求贴片机动平台在运动过程中满足一定的约束条件，例如贴片机动平台必须在某一个范围内运动，否则会导致贴片机动平台撞击贴片机的边缘，对贴片机设备造成损害；贴片机动平台的运动速度也不可能达到无限大，或受到贴片机所处环境的限制导致动平台的运动速度不能过大；再者，在贴片机工作时，为贴片机驱动系统所能提供的最大电压和电流都是有限的，即贴片机驱动系统所能提供的最大控制输入是有限的，当所需的控制输入量超过蹄片及驱动系统所能提供的最大值时，贴片机会无法正常工作。为了解决这些系统受到约束问题，需要提出了一种基于参考调节器的多变量约束控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有贴片机驱动系统在运动过程中存在由于速度过大而对贴片机启动系统造成损害或者因为控制输入超过贴片机所能提供的最大输入导致贴片机不能正常工作等问题，而提出基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法。基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法包括以下步骤：步骤一、建立贴片机驱动系统沿x轴或y轴运动的动力学模型，用状态空间模型表示，并确定贴片机驱动系统受到的约束条件；x轴为横向，y轴为纵向；步骤二、根据步骤一建立的动力学模型，为贴片机驱动系统设计采样控制器；步骤三、在假设贴片机驱动系统的未建模动态以及外界扰动为常值的条件下，预测当参考信号不发生变化时贴片机驱动系统的状态和控制输入的大小；贴片机驱动系统的状态包括贴片机动平台的位移和速度；步骤四、根据步骤三预测的结果，设计参考调节器，使贴片机驱动系统满足步骤一中的约束条件。本专利技术的有益效果为：本专利技术方法是通过设计参考调节器，实时调整系统的参考输入信号，从而使系统状态或控制输入限制在约束范围内。采用本专利技术设计的参考调节器，有效的解决了贴片机驱动系统的约束控制问题，可以实现对贴片机动平台的位移，速度和施加的控制输入大小的约束，达到保护贴片机设备和保证控制效果的目的。从图5-9中可以看出，在贴片机动平台运行的过程中，贴片机的位移被约束在400mm之内，速度也在被约束在预先设定的范围内，控制输入量也几乎处处小于最大输入值的70％。附图说明图1为贴片机驱动系统的闭环系统；图2为施加了参考调节器后的闭环系统框图；图3为参考信号为阶跃信号，不施加参考调节器时贴片机系统动平台的状态；图4为参考信号为阶跃信号，不施加参考调节器时系统的控制输入；图5为参考信号为阶跃信号，带有参考调节器时贴片机系统动平台的运动轨迹；图6为参考信号为阶跃信号，带有参考调节器时贴片机系统动平台的运动速度；图7为参考信号为阶跃信号，带有参考调节器时系统的控制输入；图8为参考信号为r(t)＝x0+100(1-cos(3.14t))(1-e-t)，带有参考调节器时贴片机系统动平台的状态；图9为参考信号为r(t)＝x0+100(1-cos(3.14t))(1-e-t)，带有参考调节器时系统的控制输入。具体实施方式具体实施方式一：基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法包括以下步骤：步骤一、建立贴片机驱动系统沿x轴或y轴运动的动力学模型，用状态空间模型表示，并确定贴片机驱动系统受到的约束条件；x轴为横向，y轴为纵向；步骤二、根据步骤一建立的动力学模型，为贴片机驱动系统设计采样控制器；步骤三、在假设贴片机驱动系统的未建模动态以及外界扰动为常值的条件下，预测当参考信号不发生变化时贴片机驱动系统的状态和控制输入的大小；贴片机驱动系统的状态包括贴片机动平台的位移和速度；步骤四、根据步骤三预测的结果，设计参考调节器，使贴片机驱动系统满足步骤一中的约束条件。多变量约束指的是对贴片机动平台的位移、速度和控制输入进行约束。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中建立贴片机驱动系统沿x轴或y轴运动的动力学模型，用状态空间模型表示，并确定贴片机驱动系统受到的约束条件的具体过程为：忽略贴片机动平台运动时的定位力和库伦摩擦力，根据牛顿第二定律，建立贴片机动平台沿x轴或y轴方向运动时的动力学方程，通过最小二乘辨识的方法确定贴片机驱动系统不确定性参数M和B，以及外界扰动或未建模动态的界：其中M≈11kg∈[θ1min，θ1max]＝[10kg,15kg]为贴片机动平台的质量，θ1min和θ1max分别为M的上界和下界，和分别为x(t)的一阶导数和二阶导数，x(t)贴片机动平台的位移，u(t)为控制输入，B≈7N·s/m∈[θ2min，θ2max]＝[3N·s/m,20N·s/m]为动平台的粘滞阻力系数，θ2min和θ2max分别为B的上界和下界，d(t)表示贴片机驱动系统在运行过程中由于环境等因素受到的干扰或在建立贴片机驱动系统数学模型时忽略的一些次要过程，分别称为外界干扰和未建模动态，d(t)上界的值为d0＝1N，将上式改写为状态空间模型：其中θ1＝M，θ2＝B，贴片机驱动系统受到如下形式的约束：其中为贴片机驱动系统的约束集，x1min和x1max分别为x1(t)可取的最小值和最大值，x2min和x2max分别为x2(t)可取的最小值和最大值，umin和umax分别为u(t)可取的最小值和最大值。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中根据步骤一建立的动力学模型，为贴片机驱动系统设计采样控制器的具体过程为：为系统设计自适应采样控制器为：其中表示kT时刻θ1的估计值，表示kT时刻θ2的估计值，为虚拟采样控制律，贴片机动平台在kT时刻的位置为x1[k]，位置误差为z1[k]＝x1[k]-r[k]，速度为x2[k]，速度差为z2[k]＝x2[k]-α1[k]，r[k]为采样输入信号，T为采样时间，k1、k2>0为控制器参数，为控制器中的鲁棒项，ε为用来调节与sgn(h[k]·z2k)之间误差大小的参数，tanh表示双曲正切函数，sgn表示符号函数，表示经过光滑投影算子π1(θ)作用后的值，表示经过投影算子π2(θ)作用后的值，光滑投影算子πi(θ),i＝1,2应具有如下性质具体可选择如下形式εi为用来调节光滑投影算子πi(θ)与投影算子之间误差大小的参数，分别为参数θ1与θ2的自适应律调整函数，应具有如下性质：若其他具体可选择如下形式：其中i＝1,2；所得到的闭环系统框图如图1所示。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中在假设贴片机驱动系统的未建模动态以及外界扰动为常值的条件下，预测当参考信号不发生变化时贴片机驱动系统的状态和控制输入的大小的具体过程为：定义判断函数：其中表示定义，表示当输入信号为r[τ]、初始位置为x1、初始速度为x2时贴片机动平台在τT时刻的位置，表示当输入信号为r[τ]、初始位置为x1、初始速度为x2时贴片机动平台在τT时刻的速度，表示当输入信号为r[τ]、贴片机动平台的位置为速度为时贴片机驱动系统的控制输入；假设在t时刻后贴片机驱动系统的外界干扰和未建模动态为常值，预测模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法，其特征在于：所述基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法包括以下步骤：步骤一、建立贴片机驱动系统沿x轴或y轴运动的动力学模型，用状态空间模型表示，并确定贴片机驱动系统受到的约束条件；x轴为横向，y轴为纵向；步骤二、根据步骤一建立的动力学模型，为贴片机驱动系统设计采样控制器；步骤三、在假设贴片机驱动系统的未建模动态以及外界扰动为常值的条件下，预测当参考信号不发生变化时贴片机驱动系统的状态和控制输入的大小；贴片机驱动系统的状态包括贴片机动平台的位移和速度；步骤四、根据步骤三预测的结果，设计参考调节器，使贴片机驱动系统满足步骤一中的约束条件。

【技术特征摘要】
1.基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法，其特征在于：所述基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法包括以下步骤：步骤一、建立贴片机驱动系统沿x轴或y轴运动的动力学模型，用状态空间模型表示，并确定贴片机驱动系统受到的约束条件；x轴为横向，y轴为纵向；步骤二、根据步骤一建立的动力学模型，为贴片机驱动系统设计采样控制器；步骤三、在假设贴片机驱动系统的未建模动态以及外界扰动为常值的条件下，预测当参考信号不发生变化时贴片机驱动系统的状态和控制输入的大小；贴片机驱动系统的状态包括贴片机动平台的位移和速度；步骤四、根据步骤三预测的结果，设计参考调节器，使贴片机驱动系统满足步骤一中的约束条件。2.根据权利要求1所述的基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法，其特征在于：所述步骤一中建立贴片机驱动系统沿x轴或y轴运动的动力学模型，用状态空间模型表示，并确定贴片机驱动系统受到的约束条件的具体过程为：忽略贴片机动平台运动时的定位力和库伦摩擦力，根据牛顿第二定律，建立贴片机动平台沿x轴或y轴方向运动时的动力学方程，通过最小二乘辨识的方法确定贴片机驱动系统不确定性参数θ1和θ2，以及外界扰动或未建模动态的界：其中θ1∈[θ1min，θ1max]为贴片机动平台的质量，θ1min和θ1max分别为θ1的上界和下界，为x1(t)的一阶导数，x1(t)为贴片机动平台的位移，为x2(t)的一阶导数，x2(t)为贴片机动平台的运动速度，u(t)为贴片机驱动系统的控制输入，θ2∈[θ2min，θ2max]为动平台的粘滞阻力系数，θ2min和θ2max分别为θ2的上界和下界，d(t)表示贴片机驱动系统收到的外界干扰或贴片机驱动系统的未建模动态，其上界为d0；贴片机驱动系统受到如下形式的约束：其中为贴片机驱动系统的约束集，x1min和x1max分别为x1(t)的最小值和最大值，x2min和x2max分别为x2(t)的最小值和最大值，umin和umax分别为u(t)的最小值和最大值。3.根据权利要求2所述的基于参考调节器的贴片机驱动系统的多变量约束控制方法，其特征在于：所述步骤二中根据步骤一建立的动力学模型，为贴片机驱动系统设计采样控制器的具体过程为：为系统设计自适应采样控制器为：其中T为采样时间，表示kT时刻θ1的估计值，表示kT时刻θ2的估计值，α1[k]为虚拟采样控制律，贴片机动平台在kT时刻的位置为x1[k]，位置误差为z1[k]，速度为x2[k]，速度差为z2[k]，r[k]为采样输入信号，u[k]表示kT时刻控制输入的大小，k1、k2>0为控制器参数，h[k]为控制器中的鲁棒项，ε为调节与sgn(h[k]·z2[k])之间误差大小的参数，tanh表示双曲正切函数，sgn表示符号函数，表示经过光滑投影算子π1(θ)作用后的值，表示经过投影算子π2(θ)作用后的值；光滑投影算子πi(θ),i＝1,2定义如下

【专利技术属性】
技术研发人员：刘延斌，孙维超，高会军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23