[发明专利]一种多轴伺服系统振动抑制的后置自适应输入整形方法

说明书

本发明公开了一种多轴伺服系统振动抑制的后置自适应输入整形方法。所述方法包括以下步骤：采集多轴伺服系统柔性末端在轨迹停止时的加速度传感器的信号；确定输入整形器的脉冲数；将加速度传感器信号滤波处理后写成抽头输入向量形式；进行变量初始化，并应用自适应迭代算法迭代求解最优的输入整形器系数向量；将优化得到的最优输入整形器与原始轨迹进行卷积运算得到新的整形轨迹，再将整形轨迹输入到多轴伺服系统中实现对柔性末端残余振动的有效抑制。本发明免去了传统输入整形器计算系统固有频率与阻尼比的繁琐过程，并且对残余振动的抑制效果并不会受固有频率和阻尼比不准确影响。

技术领域

本发明涉及动化控制技术领域，具体涉及一种用于多轴伺服系统振动抑制的后置自适应输入整形方法。

背景技术

在工业自动化生产加工过程中，往往应用各种各样的多轴伺服系统，如数控机床，4轴机器人，6轴机器人等。在具体的任务要求中，多轴伺服系统的末端需要安装具体的执行器，同时由于执行器存在固有的柔性，因此在末端停止时会产生较长时间的残余振动。这一现象会在多轴伺服系统高速运动急停的情况下更为明显，严重降低了末端执行器定位精度，延长了定位的等待时间，较大地降低了在批量自动化加工过程的工作效率。

输入整形器是一种抑制残余振动的前馈方法，但是该方法需要对系统参数如系统固有频率，阻尼比进行精确的辨识计算，才可以达到较好的抑振效果。实际工业上所用的多轴系统需要通过力锤激励实验进行测量得到系统参数，过程需要应用快速傅里叶变换，计算量繁复且由于部分多轴伺服系统如串联机器人的模态参数受到位姿影响，不同的轨迹模态参数会发生改变，因此无法通过力锤激励法测到最优的系统参数。同时，传统的输入整形器只能应用于单模态系统，在实际工业的多轴伺服系统往往是多模态的，因此抑振效果并不理想。

Chu等人基于后置输入整形器的基本形式，在递归最小二乘过程中加入了恒定的遗忘因子，在迭代过程增加最近时刻观测数据在代价函数中的比重，提升了输入整形器的跟踪性能，但在实际环境噪声不稳定的情况下，恒定的遗忘因子无法确保优化得到最优的输入整形器(CHU Z,HU J.An improved recursive least square–based adaptive inputshaping for zero residual vibration control of flexible system[J].Advances inMechanical Engineering,2016,8(4).)。

发明内容

为解决传统的前置输入整形器参数辨识困难以及部分多轴伺服系统模态参数随着位姿变化，无法准确辨识的问题，本发明提供了一种带自适应遗忘因子的后置输入整形器，在多轴伺服系统末端执行器上安装加速度传感器，将采集到的残余振动加速度信号作为输入，输入整形器最优系数向量作为输出，设计迭代优化算法，再根据代价函数对输入整形器系数向量的梯度向量设计自适应遗忘因子更新算法，提高算法在优化过程中跟踪性能，进而提升输入整形器的抑振效果。再由迭代优化输入整形器系数向量生成完整的输入整形器，并与期望轨迹进行卷积运算得到新的轨迹，最后将整形后的轨迹输入到控制系统中实现对残余振动的最优抑制。

本发明的目的至少通过以下技术方案之一实现。

一种多轴伺服系统振动抑制的后置自适应输入整形方法，包括以下步骤：

S1、采集多轴伺服系统柔性末端在轨迹停止时的加速度传感器的信号；

S2、确定输入整形器的脉冲数；

S3、将加速度传感器信号滤波处理后写成抽头输入向量形式；

S4、进行变量初始化，并应用自适应迭代算法迭代求解最优的输入整形器系数向量；

S5、将优化得到的最优输入整形器与原始轨迹进行卷积运算得到新的整形轨迹，再将整形轨迹输入到多轴伺服系统中实现对柔性末端残余振动的有效抑制。