[发明专利]一种基于数据驱动和参数混合优化的多轴运动控制方法

权利要求书

1.一种基于数据驱动和参数混合优化的多轴运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将多电机驱动系统解耦成一系列单关节电机驱动系统，单关节电机驱动系统由离散的单输入单输出非线性系统来描述，并采用基于数据驱动的无模型自适应控制方法进行控制；

(2)完成对无模型自适应控制方法和参数混合优化算法的搭建和调试，再由编译模块和运行模块将无模型自适应控制方法自动生成下位机端可识别的运动控制代码，最后通过通信接口模块将控制程序代码下载到多轴运动控制器中执行控制指令；

(3)光电编码器对电机侧的运行状态进行检测并作为反馈信号传递给多轴运动控制器，与期望位置输入信号比较得到位置的误差信号，该误差信号作为无模型自适应控制方法的输入，经多轴运动控制器对运动控制代码的运算和处理后得到关节电机的电压控制信号，再由数模转换模块将控制信号送往电机驱动器，从而完成电机驱动系统最外层的位置控制；

(4)来自多轴运动控制器的电压控制信号依次经电机驱动器内部的速度闭环控制器，电流闭环控制器来驱动电机正常运行。

2.根据权利要求1所述的基于数据驱动和参数混合优化的多轴运动控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中离散的单输入单输出非线性系统表示为y(k+1)＝f(y(k),y(k-1),…,y(k-n_y),u(k),u(k-1),…,u(k-n_u))，其中，y(k)，u(k)分别表示系统任意k时刻关节电机的位置输出和模拟电压输入，n_y，n_u分别表示电机驱动系统中未知的阶数，f(·)表示电机驱动系统中未知的非线性函数。

3.根据权利要求1所述的基于数据驱动和参数混合优化的多轴运动控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用线性化数据模型Δy(k+1)＝φ(k)Δu(k)替代离散的单输入单输出非线性系统，其中，Δy(k+1)和Δu(k)分别表示位置输出和模拟电压输入的增量，φ(k)表示伪偏导数向量。

4.根据权利要求1所述的基于数据驱动和参数混合优化的多轴运动控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中的无模型自适应控制方法的模型为其中，表示伪偏导数的估计，y(k)，u(k)分别表示系统任意k时刻关节电机的位置输出和模拟电压输入，ρ_k表示步长序列，λ为调节参数，用于限制模拟电压输入增量的变化；y^*(k)表示系统的期望位置输出。

5.根据权利要求1所述的基于数据驱动和参数混合优化的多轴运动控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中还将多轴运动控制器输入端接收的实时数据信息收集并由通信接口模块发送给PC上位机，用来产生新的运动控制指令和控制参数。

6.根据权利要求1所述的基于数据驱动和参数混合优化的多轴运动控制方法，其特征在于，所述参数混合优化算法包括基于遗传算法全局参数优化和基于原始对偶算法的局部参数优化两部分，先利用遗传算法的全局优化手段在控制参数的可行域搜寻最优区域，然后再利用基于原点对偶算法的局部优化策略在最优区域中继续搜寻最优解，最终得到控制参数的最优解。