【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密运动台减振，具体的说，涉及一种针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法。
技术介绍
1、随着精密加工、精密测量设备的发展，环境振动对设备制造及测量精度的影响日益增大。为了抑制环境振动，主动减振技术广泛应用在设备运动台中。为了进一步提高精密设备的运动精度与产率，系统的控制带宽逐步提高，加之设备轻量化的要求，使得高频部分的柔性模态谐振频率逐渐降低，柔性模态对系统整体性能的限制逐渐体现。
2、陷波滤波器具有改善系统谐振特性的能力，二阶陷波滤波器作为常见的手段能够抑制柔性模态引起的谐振峰。在实际系统中通常伴随着多个不同的谐振峰，且各谐振峰之间存在相互影响，传统设计方式面临着参数复杂，耗时长，效果不佳的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其是精密主动减振系统中针对运动台高频部分柔性模态引起的谐振峰，自动设计陷波滤波器进行抑制的方法。本专利技术方法设计的陷波滤波器能针对柔性谐振峰进行精准抑制，引起的相位损失更小，带来更高的控制带宽，更好的减振效果。
2、本专利技术的技术方案具体介绍如下。
3、本专利技术提供一种针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，包括以下步骤：
4、1)对实际运动台的传递函数中高频部分的柔性模态谐振峰进行定位和辨识，确定柔性模态谐振峰的中心频率ω0、一定比例因子k下的百分比带宽bwn；
5、2)根据柔性模态谐振峰的中心频
6、3)根据加入陷波滤波器后的传递函数与理想传递函数之间的欧拉距离平方加权积分作为目标函数，迭代至目标函数变化率小于一定阈值，或至最大迭代次数。
7、进一步的，上述步骤1)具体为：
8、11)对实际运动台的传递函数曲线进行高斯滤波平滑处理，对平滑后的曲线进行中心差分计算，得到拟微分曲线。
9、实际运动台传递函数曲线伴随着系统噪声与测量误差等因素，在后续分析进行先，先进行高斯滤波处理减少噪声影响。由于实际测试数据为离散量，故此处我们采用中心差分计算得到类似连续函数的微分曲线；优选的，传递函数曲线为频域的系统响应曲线。
10、12)设置初始容差、估计最大谐振峰数量和估计最小谐振峰中心频率间距，在拟微分曲线上寻找零点，当寻找到的零点数量大于估计最大谐振峰数量时，减小容差，多轮迭代至寻找到的零点数量小于等于估计最大谐振峰数量。这些拟微分曲线上零点对应的频率即为柔性模态谐振峰中心频率ω0。
11、由于离散形式的曲线，无法直接寻找零点，此处使用迭代的方式，逐渐减小容差，得到近似零点，通过判断近似零点前后的正负以确定其是否属于柔性模态谐振峰。引入估计最大谐振峰数量作为迭代终止判断依据，引入估计最小谐振峰中心频率距离将距离相近的谐振峰合并处理。
12、13)在频域中，谐振峰中心频率处的幅度响应h(ω0)乘以一定比例因子k后得到该比例因子k下的上下限频率幅度响应k·h(ω0)。在一定容差范围内，在实际传递函数曲线上寻找等于上下限频率幅度响应的频率点ωc，取离中心频率最近的频率点，两者之差的绝对值的两倍为该比例因子k下的百分比带宽bwn＝2×|ω0-ωc|。
13、由于柔性模态谐振峰中心频率，谐振峰值，谐振宽度等均不同，且存在相互叠加的情况，采用传统的带宽分析方式，即比例因子并不能较好的契合实际的分析需求，故此处将比例因子设置为可调量，采用百分比带宽辨识柔性模态谐振峰。
14、进一步的，上述步骤2)基于二阶陷波滤波器s域传递函数表达式如下：
15、
16、利用谐振峰的中心频率ω0、谐振峰中心频率处的幅度响应h(ω0)、一定比例因子k下的百分比带宽bwn，以及理想传递函数在谐振峰中心频率处的响应hideal(ω0)确定二阶陷波滤波器的陷波深度d，表达式如下：进一步确定陷波中心频率ωn、分母阻尼系数ξ1、分子阻尼系数ξ2，公式如下：
17、
18、理想传递函数曲线可以通过实际测量的运动台频率响应曲线拟合得到。
19、进一步的，上述步骤3)具体为：
20、31)设定柔性模态影响的频率范围上下限ωmin、ωmax根据加入陷波滤波器后的传递函数与理想传递函数之间的欧拉距离平方加权积分作为目标函数，公式如下：
21、
22、32)完成一轮步骤1)和步骤2)后，计算目标函数target，并更新实际传递函数：
23、h(w)＝h(w)×hnotch(ω)。
24、33)迭代执行步骤1)和步骤2)，直至目标函数变化率小于一定阈值，或至最大迭代次数，结束迭代过程，完成设计。
25、以上，本专利技术针对实际系统传递函数曲线进行频域分析，定位辨识柔性模态谐振峰，设计相应的陷波滤波器参数，在实际传递函数中加入陷波滤波器后重复上述过程迭代至目标函数变化率小于一定阈值，或至最大迭代次数，结束迭代过程，完成设计。本专利技术方法中，自动识别谐振峰设计陷波滤波器参数，并且逐轮迭代设计陷波滤波器，每轮更新实际系统传递函数，在本轮设计时候，考虑之前设计的陷波滤波器对系统的影响，避免传统设计方法的问题。和现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
26、本专利技术针对运动台高频部分柔性模态引起的谐振峰，提供一种自动设计陷波滤波器进行抑制的方法，其针对实际系统传递函数曲线进行频域分析，在频域内对谐振峰进行定位和辨识，针对性添加陷波滤波器，并根据目标函数进行多轮迭代设计，从而实现谐振峰的精准去除。常见的手动添加陷波滤波器抑制柔性谐振峰的方法，耗时长，效率低，且由于柔性模态多呈现相互耦合叠加态，手动设计的陷波滤波器常常阶数较低，对柔性模态的抑制效果不佳，引起相位损失较大，影响系统带宽等一系列问题。本专利技术针对谐振峰的精准去除，不仅耗时短，效率高，同时在实现较好的柔性模态抑制效果的基础上，引起较小的相位变化，有利于实现较大的系统带宽，从而提升振动控制、运动控制的效果。本专利技术从频域的角度分析设计，思路清晰，实现方便，具有通用性和普适性。
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1.一种针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其特征在于，步骤1)包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其特征在于，步骤11)中，传递函数曲线为频域的系统响应曲线；步骤12)中，引入估计最小谐振峰中心频率距离将距离相近的谐振峰合并处理，按照减小容差。
4.根据权利要求1所述的针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其特征在于，步骤2)具体为：
5.根据权利要求1所述的针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其特征在于，步骤3)包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其特征在于，步骤1)包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的针对运动台柔性模态的陷波滤波器自动设计方法，其特征在于，步骤11)中，传递函数曲线为频域的系...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙煜，杨晓峰，俞开程，于健博，程文宝，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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