一种贴片机机头运行位置精度控制方法技术

一种贴片机机头运行位置精度控制方法，包括以下步骤：1)根据贴片机控制系统机头运行路程的轨迹设计微分跟踪器，其作用是安排过渡过程，对输入给定的参考信号xi0，经过微分跟踪器后获得参考信号的近似微分信号xvi(k)和对应参考位置的过渡值xpi，将设定的参考信号平滑化；2)根据控制系统的输入输出设计扩张状态观测器ESO，对系统的电机实际运行位置、对应电机转速以及新扩张的状态量进行实时估计；3)根据扩张状态观测器估计得到的值，设计相应的误差补偿控制律，实现对影响控制系统性能的内外未知干扰总和进行补偿，即在得到系统控制输入量后要减掉干扰估计值，从而得到新的控制量。本发明专利技术实现对贴片机控制系统机头位置精度控制。

A Control Method for Operating Position Accuracy of Head of Mounter

A control method for the position accuracy of the head of the mounter includes the following steps: 1) A differential tracker is designed according to the trajectory of the head of the control system of the mounter. Its function is to arrange the transition process. For the input of a given reference signal xi0, the approximate differential signal XVI (k) of the reference signal and the transition value xpi of the corresponding reference position are obtained after the differential tracker, and the set parameters are obtained. Consider signal smoothing; 2) Design an extended state observer ESO based on the input and output of the control system to estimate the actual operating position of the motor, the corresponding speed of the motor and the newly expanded state variables in real time; 3) Design the corresponding error compensation control law according to the estimated value of the extended state observer to achieve the sum of the internal and external unknown disturbances affecting the performance of the control system. Compensation means that the disturbance estimates are subtracted after the system control inputs are obtained, so that new control variables are obtained. The invention realizes the position accuracy control of the head of the control system of the mounter.

【技术实现步骤摘要】
一种贴片机机头运行位置精度控制方法
本专利技术涉及一种位置精度控制方法，尤其是一种贴片机机头运行位置精度控制方法，属于运动控制领域。
技术介绍
近年来，随着现代电子技术的发展，电子设备的生产和制造正向着智能化、高速化等方向发展，电子组装技术的快速发展是现代电子技术发展的重要体现。表面贴装技术(SMT)是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工业，是一种涉及多项内容，将电子元件贴装到PCB电路板上的综合技术。PCB电路板元器件贴装是一种高速、高精度工艺技术，由于元器件体积较小，要在短时间内机头吸嘴从料栈吸取元器件并在PCB电路板上完成贴装，这对机头位置精度有着较高的要求。然而，因贴片机控制系统在快启动和快速提速的过程中系统会有抖动现象，以及系统本身存在的未知干扰会影响贴片机机头吸嘴吸取元器件后的角度位置，进而在PCB电路板上贴装的时候会发生偏移，导致元器件在PCB电路板上出现短路和断路的现象，最终会影响整块电路板的质量。在位置精度控制的研究中，传统的PID控制算法以其结构简单、易实现等优点仍被广泛应用，但是常规的PID控制算法对多变量、强耦合的非线性系统难以达到理想的控制效果。为此，人们探索了一些智能算法应用于贴片机控制系统中的位置精度控制，如模糊逻辑控制、自适应模糊PID控制、BP神经网络控制、RBF神经网络自适应控制等。相比传统的PID控制，智能算法的应用在一定程度上提高了位置精度控制，但是以上算法仍然没有很好考虑系统内外干扰对位置精度的影响。因此需要一种有效的智能控制算法应用于贴片机位置精度的控制。
技术实现思路
为了克服现有控制算法没有很好考虑贴片机控制系统内部和外界未知干扰对贴片机机头运行位置精度的影响，本专利技术提供了一种贴片机机头运行位置控制方法，该方法基于自抗扰控制技术，根据设计的扩张状态观测器，可实时估计系统的内部和外界未知干扰，特别是在机头快速启动和高加速过程中的抖动，并通过设定的误差补偿控制律进行补偿，实现对贴片机控制系统机头位置精度控制。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种贴片机机头运行位置精度控制方法，所述方法包括以下步骤：1)根据贴片机控制系统机头运行路程的轨迹设计微分跟踪器，其作用是安排过渡过程，对输入给定的参考信号xi0，i＝1,2表示对应的X和Y轴，经过微分跟踪器后获得参考信号的近似微分信号xvi(k)和对应参考位置的过渡值xpi，将设定的参考信号平滑化；2)根据控制系统的输入输出设计扩张状态观测器ESO，对系统的电机实际运行位置、对应电机转速以及新扩张的状态量进行实时估计，所述新扩张的状态量包括系统内部和外界未知干扰；3)根据扩张状态观测器估计得到的值，设计相应的误差补偿控制律，实现对影响控制系统性能的内外未知干扰总和进行补偿，即在得到系统控制输入量后要减掉干扰估计值，所述系统控制输入量为未对系统内外总和干扰处理的控制量，从而得到新的控制量。进一步，所述步骤1)中，设计的微分跟踪器其形式如下：其中，xi0表示给定的参考位置信号输入，xpi是参考位置信号的过渡值，H积分步长，xvi是参考位置信号经过微分跟踪器的近似转速微分信号，ri0为跟踪微分快速因子，hi0为滤波因子，函数fh的定义如下：其中，x1,x2表示系统状态，r0为滤波因子，h0为步长，参数d,f,a,a0,a1,a2,la,lf均为函数中的中间变量。再进一步，所述步骤2)中，设计的扩张状态观测器ESO，实现对系统相关状态量和总和干扰的实时估计，其表示形式如下：其中，ezi(k)为第i轴电机实际位置与其估计值之差，即电机位置的误差量，zpi(k)是对第i电机位置xpi(k)的估计，zvi(k)是对电机转速zvi(k)的估计，zdi(k)是对新扩张状态量总和扰动xdi(k)的估计，H是积分步长，βi1,βi2,βi3为一组待整定的参数，bi0为可调补偿因子，其中函数fal定义如下：其中，e是误差量，δ为滤波因子，α为0～1之间的常数。更进一步，所述步骤3)中，在得到系统初始控制输入量ui0(k)后要减掉干扰估计值zdi(k)，从而得到最终的控制输入量ui(k)，通过补偿过程可抵消系统中的内外总和干扰，消除了干扰对系统性能的影响；设计具有干扰补偿的分线性控制律如下：其中，epi(k),evi(k)分别是第i轴系统参考信号xi0(k)的过渡值xpi(k)与位置估计值zpi(k)的误差量和参考信号xi0(k)的微分值xvi(k)与速度估计值zvi(k)的误差量。本专利技术的有益效果表现在：相比现有的贴片机位置精度控制方法，例如，传统的PID控制，智能控制算法中的模糊逻辑控制、自适应模糊PID控制、BP神经网络控制等，有着更高的控制精度和更广泛的应用，(1)无需建立系统精确的数学模型，即不需要通过建模等方法来获取系统模型参数；(2)设计扩张状态观测器(ESO)实现对系统内部未知扰动和外界如抖动等未知干扰的观测估计；(3)根据观测误差设计非线性误差补偿控制律，实现贴片机控制系统位置精度控制。附图说明图1是贴片机X和Y轴位置精度控制结构框图。图2是单轴位置跟踪控制效果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步描述。参照图1和图2，一种贴片机机头运行位置精度控制方法，所述方法包括以下步骤：1)根据贴片机控制系统机头运行路程的轨迹设计微分跟踪器，其作用是安排过渡过程，对输入给定的参考信号xi0，i＝1,2表示对应的X和Y轴，经过微分跟踪器后获得参考信号的近似微分信号xvi(k)和对应参考位置的过渡值xpi，将设定的参考信号平滑化，防止产生超调；2)根据控制系统的输入输出设计扩张状态观测器ESO，对系统的电机实际运行位置、对应电机转速以及新扩张的状态量进行实时估计，所述新扩张的状态量包括系统内部和外界未知干扰；3)根据扩张状态观测器估计得到的值，设计相应的误差补偿控制律，实现对影响控制系统性能的内外未知干扰总和进行补偿，即在得到系统控制输入量后要减掉干扰估计值，所述系统控制输入量为未对系统内外总和干扰处理的控制量，从而得到新的控制量，通过补偿过程可抵消系统中的内外总和干扰，消除了干扰对系统性能的影响；进一步，所述步骤1)中，设计的微分跟踪器其形式如下：其中，xi0表示给定的参考位置信号输入，xpi是参考位置信号的过渡值，xvi是参考位置信号经过微分跟踪器的近似转速微分信号，ri0为跟踪微分快速因子，hi0为滤波因子，函数fh的定义如下：其中，x1,x2表示系统状态，r0为滤波因子，h0为步长，参数d,f,a,a0,a1,a2,la,lf均为函数中的中间变量。进一步，所述步骤2)中，设计的扩张状态观测器ESO，实现对系统相关状态量和总和干扰的实时估计，其表示形式如下：其中，ezi(k)为第i轴电机实际位置与其估计值之差，即电机位置的误差量，zpi(k)是对第i电机位置xpi(k)的估计，zvi(k)是对电机转速zvi(k)的估计，zdi(k)是对新扩张状态量总和扰动xdi(k)的估计，H是积分步长，βi1,βi2,βi3为一组待整定的参数，bi0为可调补偿因子，其中函数fal定义如下：其中，e是误差量，δ为滤波因子，α为0～1之间的常数。再进一步，所述步骤3)中，为了实现贴片机控制系统位置跟踪精度的控制，需对影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种贴片机机头运行位置精度控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)根据贴片机控制系统机头运行路程的轨迹设计微分跟踪器，其作用是安排过渡过程，对输入给定的参考信号xi0，i＝1,2表示对应的X和Y轴，经过微分跟踪器后获得参考信号的近似微分信号xvi(k)和对应参考位置的过渡值xpi，将设定的参考信号平滑化；2)根据控制系统的输入输出设计扩张状态观测器ESO，对系统的电机实际运行位置、对应电机转速以及新扩张的状态量进行实时估计，所述新扩张的状态量包括系统内部和外界未知干扰；3)根据扩张状态观测器估计得到的值，设计相应的误差补偿控制律，实现对影响控制系统性能的内外未知干扰总和进行补偿，即在得到系统控制输入量后要减掉干扰估计值，所述系统控制输入量为未对系统内外总和干扰处理的控制量，从而得到新的控制量。

【技术特征摘要】
1.一种贴片机机头运行位置精度控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)根据贴片机控制系统机头运行路程的轨迹设计微分跟踪器，其作用是安排过渡过程，对输入给定的参考信号xi0，i＝1,2表示对应的X和Y轴，经过微分跟踪器后获得参考信号的近似微分信号xvi(k)和对应参考位置的过渡值xpi，将设定的参考信号平滑化；2)根据控制系统的输入输出设计扩张状态观测器ESO，对系统的电机实际运行位置、对应电机转速以及新扩张的状态量进行实时估计，所述新扩张的状态量包括系统内部和外界未知干扰；3)根据扩张状态观测器估计得到的值，设计相应的误差补偿控制律，实现对影响控制系统性能的内外未知干扰总和进行补偿，即在得到系统控制输入量后要减掉干扰估计值，所述系统控制输入量为未对系统内外总和干扰处理的控制量，从而得到新的控制量。2.如权利要求1所述的一种贴片机机头运行位置精度控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，设计的微分跟踪器其形式如下：其中，xi0表示给定的参考位置信号输入，xpi是参考位置信号的过渡值，xvi是参考位置信号经过微分跟踪器的近似转速微分信号，ri0为跟踪微分快速因子，hi0为滤波因子，函数fh的定义如下：其中，x1,x2表示系统状态，r0为滤波因子，h0为步长，参数d,f,a,a...

【专利技术属性】
技术研发人员：董辉，张圻，周瑾，陈子豪，俞立，张文安，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33