一种非最小相位运动系统逆模型前馈频域计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114117815A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111468051.3(22)申请日2021.12.03(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人李理赵洪阳刘杨(74)专利代理机构哈尔滨龙科专利代理有限公司23206代理人王新雨(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06T7/246(2017.01)G06T7/262(2017.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种非最小相位运动系统逆模型前馈频域计算方法(57)摘要一种非最小相位运动系统逆模型前馈频域计算方法，属于超精密运动控制领域。前馈控制输入计算的目标是，得到一个理想前馈控制输入序列ur，当系统输入u＝ur时，实现系统输出y对参考运动轨迹r的完全跟踪；所述方法适用于自身稳定的或可通过反馈控制稳定的线性定常系统，并且要求系统模型在复平面不含有单位圆上的零点。所述方法适用于单入单出系统或多入多出线性定常系统。本发明相对于现有技术的有益效果为：与近似求逆方法相比，本发明公开方法可以更准确地求解得到逆模型前馈控制输入；与时域稳定求逆方法相比，本发明公开方法实现了一种频域计算方式，并且无需对系统逆模型进行稳定‑不稳定分解，使计算过程更加简化。CN114117815ACN114117815A权利要求书1/1页1.一种非最小相位运动系统逆模型前馈频域计算方法，其特征在于：所述方法具体为：对于含有非最小相位零点的系统模型，分别使用预驱动、后驱动方法向前、向后延拓拟跟踪的参考运动轨迹r，得到其中，r＝[r[0],r[1],...,r[N‑1]]，延拓后变为这里表明拟跟踪参考运动轨迹序列含有N个采样点，r[0]是r的第1个采样值，为r的起点值，r[N‑1]是r的第N个采样值，为r的终点值；延拓后的参考运动轨迹含有个采样点，有后驱动分为两个阶段，即后驱动‑1和后驱动‑2；设定Npr、Npo‑1、Npo‑2分别为预驱动、后驱动‑1和后驱动‑2的长度，则在预驱动和后驱动‑2阶段，中元素选取为r的起点值，即对于0≤k＜Npr和在后驱动‑1阶段，中元素选取为r的终点值，即对于在预驱动之后以及后驱动之前的时间范围内，参考运动轨迹保持不变，即其中，代表从第Npr+1个元素到第Npr+N个元素的序列片段；通过考察系统足够长度的离散频率响应的逆，即确定所需的Npr和Npo‑2的值；选取Npo‑1足够大，使得后驱动‑1和后驱动‑2衔接处参考运动轨迹突变的影响尽可能小；计算其中，代表所包含实数序列的离散傅里叶变换或所包含系统的离散频率响应，其结果都是长度为的复数序列，代表所包含复数序列的离散傅里叶逆变换，其结果是长度为的实数序列，./是两个序列各元素一一对应相除的符号；即为计算得到的逆模型前馈控制输入；对于最小相位系统，采用本发明方法，需设置预驱动长度Npr为0。2.根据权利要求1所述的一种非最小相位运动系统逆模型前馈频域计算方法，其特征在于：所述方法适用于自身稳定的或可通过反馈控制稳定的线性定常系统，并且要求系统模型在复平面不含有单位圆上的零点。3.根据权利要求1所述的一种非最小相位运动系统逆模型前馈频域计算方法，其特征在于：所述方法适用于单入单出系统或多入多出线性定常系统。2CN114117815A说明书1/4页一种非最小相位运动系统逆模型前馈频域计算方法技术领域[0001]本发明属于超精密运动控制领域，具体涉及一种非最小相位运动系统逆模型前馈频域计算方法。背景技术[0002]超精密运动系统是光刻机等芯片制造、测试及检测装备的核心组成部分，其轨迹跟踪性能直接决定整机的技术指标。该类运动系统的参考运动轨迹通常是含有加速段、匀速段和减速段的S型曲线，运动系统在加、减速段结束后伺服误差收敛到指定范围内所需的时间称为匀速/定位调整时间，调整时间的长短直接影响整机的效率指标。目前，超精密运动控制通常采用反馈与前馈相结合的二自由度控制结构，前馈控制是缩短调整时间的主要手段。逆模型前馈控制通过对系统模型求逆获取其跟踪参考运动轨迹所需的前馈控制输入，其控制效果直接取决于所使用系统逆模型的准确性。在实际超精密运动控制应用中，系统模型时常会含有非最小相位零点，对该类非最小相位系统模型直接求逆会得到随时间不断发散的前馈控制输入，无法在实际中应用。现有的近似求逆方法本质上是对与非最小相位系统模型相近的最小相位系统模型进行求逆，虽然可以得到稳定的逆模型前馈控制输入，但模型求逆的精度损失会影响轨迹跟踪效果。现有的稳定求逆方法虽然是对系统模型进行直接准确求逆，但都是时域计算方法，不支持频域分析与设计，而且需对系统逆模型进行稳定‑不稳定分解，