重心驅動并聯XY運動平臺及其控制系統技術方案

本發明專利技術提供了一種重心驅動并聯XY運動平臺及其控制系統。控制系統包括Y軸第一電機控制器、Y軸第二電機控制器、X軸電機控制器、同步控制器和力學控制器，所述同步控制器用于輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步；所述力學控制器用于計算各電機的目標輸出力，使得各電機的輸出力的合力通過所述XY運動平臺的重心并且指向所述XY運動平臺的目標位置。所述重心驅動并聯XY運動平臺包括XY運動平臺、驅動系統、檢測系統和本發明專利技術的控制系統。本發明專利技術通過電機的同步控制和輸出力控制，確保各電機驅動力的合力通過運動平臺重心并指向目標位置，平衡了運動平臺的扭轉，降低了運動平臺的振動，提高了其響應效率與速度。

Center of gravity driven parallel XY motion platform and control system thereof

The invention provides a center of gravity driven parallel XY motion platform and a control system thereof. The control system includes the Y axis of the first motor controller, Y controller, X second axis motor shaft of the motor controller, synchronization controller and mechanical controller, the synchronous controller is used for outputting synchronous control signals, to achieve the Y axis and Y axis of the first motor second motor synchronization; the mechanical controller used for target output force calculation of the motor that makes the output force of each motor force through the center of the XY motion platform and pointing to the target position of the moving platform XY. The center of gravity drive parallel XY motion platform comprises a XY moving platform, a drive system, a detection system and a control system of the present invention. The present invention is controlled by motor synchronization control and output power, to ensure that the motor driving force through the motion platform center and point to the target position, balance the torsional motion platform, reduce the vibration of the moving platform, improve the response speed and efficiency.

【技術實現步驟摘要】
重心驅動并聯XY運動平臺及其控制系統
本專利技術涉及平面驅動精確定位設備控制系統領域，尤其涉及一種重心驅動并聯XY運動平臺及其控制系統。
技術介紹
隨著集成電路以及芯片封裝的快速發展，對XY運動平臺的定位精度、快速響應能力以及運行效率提出了更高的要求。重心驅動并聯XY運動平臺在多鉸鏈結構并聯XY運動平臺的基礎上引入重心驅動技術，保證驅動力的合力始終通過運動平臺的重心位置，驅動力的合力方向始終為運動平臺目標移動方向，可以有效提升運動平臺的響應速度與效率，并降低運動過程中的振動。為了保證驅動力的合力始終通過運動平臺的重心位置，驅動力的合力方向應始終為運動平臺目標移動位置方向，驅動電機必須同步控制。然而并聯XY運動平臺中驅動力的作用位置會隨著運動平臺的移動發生變化，而且多個驅動力作用于同一運動平臺，無法通過光柵尺反饋運動平臺的扭轉變形，導致運動平臺響應速度慢、效率低。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術存在的上述問題，提供一種重心驅動并聯XY運動平臺的控制系統和一種重心驅動并聯XY運動平臺，旨在對基于重心驅動原理的并聯XY運動平臺進行多電機同步控制，實現運動平臺運動過程中扭矩的平衡，以提高運動平臺響應速度與效率。本專利技術的重心驅動并聯XY運動平臺的控制系統包括：Y軸第一電機控制器、Y軸第二電機控制器、X軸電機控制器、同步控制器和力學控制器，其中，所述Y軸第一電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第一電機；所述Y軸第二電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第二電機；所述X軸電機控制器用于控制所述XY運動平臺的X軸電機；所述同步控制器用于向所述Y軸第一電機控制器和所述Y軸第二電機控制器輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步；所述力學控制器用于基于所述XY運動平臺的Y軸目標位置、Y軸實際位置、X軸目標位置、X軸實際位置和所述XY運動平臺所受的扭矩，計算所述Y軸第一電機、所述Y軸第二電機和所述X軸電機的目標輸出力，使得所述Y軸第一電機、所述Y軸第二電機和所述X軸電機的輸出力的合力通過所述XY運動平臺的重心并且指向所述XY運動平臺的目標位置。優選地，所述同步控制器包括耦合同步控制模塊和姿態解耦模塊，其中，所述姿態解耦模塊用于基于所述XY運動平臺的Y軸目標位置、Y軸實際位置、X軸目標位置和X軸實際位置計算所述XY運動平臺的偏轉誤差；所述耦合同步控制模塊用于根據所述偏轉誤差和所述XY運動平臺沿Y軸方向的位置誤差向所述Y軸第一電機控制器和所述Y軸第二電機控制器輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步。優選地，所述同步控制器還包括偏轉增益模塊，所述偏轉增益模塊用于對所述姿態解耦模塊輸出的偏轉誤差施加偏轉增益，并將施加偏轉增益后的偏轉誤差輸送至所述耦合同步控制模塊。優選地，所述偏轉誤差包括所述XY運動平臺的重心偏移量和重心扭轉角度。本專利技術的重心驅動并聯XY運動平臺包括XY運動平臺、驅動系統、檢測系統和控制系統，所述驅動系統包括Y軸第一電機、Y軸第二電機和X軸電機，用于驅動所述XY運動平臺沿Y軸和X軸移動；所述檢測系統用于檢測所述XY運動平臺的Y軸實際位置、X軸實際位置、Y軸第一電機實際輸出力、Y軸第二電機實際輸出力、X軸電機實際輸出力和所述XY運動平臺所受的扭矩；所述控制系統包括Y軸第一電機控制器、Y軸第二電機控制器、X軸電機控制器、同步控制器和力學控制器，其中，所述Y軸第一電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第一電機；所述Y軸第二電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第二電機；所述X軸電機控制器用于控制所述XY運動平臺的X軸電機；所述同步控制器用于向所述Y軸第一電機控制器和所述Y軸第二電機控制器輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步；所述力學控制器用于基于所述XY運動平臺的Y軸目標位置、Y軸實際位置、X軸目標位置、X軸實際位置和所述XY運動平臺所受的扭矩，計算所述Y軸第一電機、所述Y軸第二電機和所述X軸電機的目標輸出力，使得所述Y軸第一電機、所述Y軸第二電機和所述X軸電機的輸出力的合力通過所述XY運動平臺的重心并且指向所述XY運動平臺的目標位置。在本專利技術的重心驅動并聯XY運動平臺中優選地，所述同步控制器包括耦合同步控制模塊和姿態解耦模塊，其中，所述姿態解耦模塊用于基于所述XY運動平臺的Y軸目標位置、Y軸實際位置、X軸目標位置和X軸實際位置計算所述XY運動平臺的偏轉誤差；所述耦合同步控制模塊用于根據所述偏轉誤差和所述XY運動平臺沿Y軸方向的位置誤差向所述Y軸第一電機控制器和所述Y軸第二電機控制器輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步。在本專利技術的重心驅動并聯XY運動平臺中優選地，所述同步控制器還包括偏轉增益模塊，所述偏轉增益模塊用于對所述姿態解耦模塊輸出的偏轉誤差施加偏轉增益，并將施加偏轉增益后的偏轉誤差輸送至所述耦合同步控制模塊。在本專利技術的重心驅動并聯XY運動平臺中優選地，所述偏轉誤差包括所述XY運動平臺的重心偏移量和重心扭轉角度。在本專利技術的重心驅動并聯XY運動平臺中優選地，所述Y軸第一電機、Y軸第二電機和X軸電機分別為音圈電機。在本專利技術的重心驅動并聯XY運動平臺中優選地，所述檢測系統包括光柵尺，用于檢測所述XY運動平臺的Y軸實際位置和X軸實際位置。本專利技術通過電機的同步控制和輸出力控制，確保各電機驅動力的合力通過運動平臺重心，驅動力合力方向為運動平臺目標位置，平衡了運動平臺的扭轉，降低了運動平臺的振動，提高了運動平臺響應效率與速度。附圖說明圖1是本專利技術實施例的重心驅動并聯XY運動平臺的控制系統的整體框圖；圖2是圖1中實施例的重心驅動并聯XY運動平臺控制系統的基于姿態解耦的位置耦合同步控制框圖；圖3是圖1中實施例的重心驅動并聯XY運動平臺控制系統的電機輸出力的控制框圖；圖4是本專利技術實施例的重心驅動并聯XY運動平臺控制系統的動力學分析圖；圖5是本專利技術實施例的重心驅動并聯XY運動平臺的重心扭轉角度分析圖；圖6是本專利技術實施例的重心驅動并聯XY運動平臺的立體圖。具體實施方式下面參照附圖來描述本專利技術的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本專利技術的技術原理，并非旨在限制本專利技術的保護范圍。圖1至3是本專利技術實施例的重心驅動并聯XY運動平臺的控制系統的結構框圖。如圖1至3所示，所述控制系統包括：Y軸第一電機控制器、Y軸第二電機控制器、X軸電機控制器、同步控制器和力學控制器。其中，所述Y軸第一電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第一電機，所述Y軸第二電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第二電機，所述X軸電機控制器用于控制所述XY運動平臺的X軸電機。優選地，所述Y軸第一電機、Y軸第二電機和X軸電機分別為音圈電機，所述Y軸第一電機控制器、Y軸第二電機控制器、X軸電機控制器分別為控制各音圈電機的伺服控制器。所述同步控制器用于向所述Y軸第一電機控制器和所述Y軸第二電機控制器輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步。優選地，所述同步控制器包括耦合同步控制模塊和姿態解耦模塊，所述姿態解耦模塊接收所述XY運動平臺的Y軸目標位置、Y軸實際位置、X軸目標位置和X軸實際位置，并基于這些位置本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種重心驅動并聯XY運動平臺的控制系統，其特征在于，所述控制系統包括：Y軸第一電機控制器、Y軸第二電機控制器、X軸電機控制器、同步控制器和力學控制器，其中，所述Y軸第一電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第一電機；所述Y軸第二電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第二電機；所述X軸電機控制器用于控制所述XY運動平臺的X軸電機；所述同步控制器用于向所述Y軸第一電機控制器和所述Y軸第二電機控制器輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步；所述力學控制器用于基于所述XY運動平臺的Y軸目標位置、Y軸實際位置、X軸目標位置、X軸實際位置和所述XY運動平臺所受的扭矩，計算所述Y軸第一電機、所述Y軸第二電機和所述X軸電機的目標輸出力，使得所述Y軸第一電機、所述Y軸第二電機和所述X軸電機的輸出力的合力通過所述XY運動平臺的重心并且指向所述XY運動平臺的目標位置。

【技術特征摘要】
1.一種重心驅動并聯XY運動平臺的控制系統，其特征在于，所述控制系統包括：Y軸第一電機控制器、Y軸第二電機控制器、X軸電機控制器、同步控制器和力學控制器，其中，所述Y軸第一電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第一電機；所述Y軸第二電機控制器用于控制所述XY運動平臺的Y軸第二電機；所述X軸電機控制器用于控制所述XY運動平臺的X軸電機；所述同步控制器用于向所述Y軸第一電機控制器和所述Y軸第二電機控制器輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步；所述力學控制器用于基于所述XY運動平臺的Y軸目標位置、Y軸實際位置、X軸目標位置、X軸實際位置和所述XY運動平臺所受的扭矩，計算所述Y軸第一電機、所述Y軸第二電機和所述X軸電機的目標輸出力，使得所述Y軸第一電機、所述Y軸第二電機和所述X軸電機的輸出力的合力通過所述XY運動平臺的重心并且指向所述XY運動平臺的目標位置。2.權利要求1所述的系統，其特征在于，所述同步控制器包括耦合同步控制模塊和姿態解耦模塊，其中，所述姿態解耦模塊用于基于所述XY運動平臺的Y軸目標位置、Y軸實際位置、X軸目標位置和X軸實際位置計算所述XY運動平臺的偏轉誤差；所述耦合同步控制模塊用于根據所述偏轉誤差和所述XY運動平臺沿Y軸方向的位置誤差向所述Y軸第一電機控制器和所述Y軸第二電機控制器輸出同步控制信號，以實現所述Y軸第一電機和Y軸第二電機的運動同步。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述同步控制器還包括偏轉增益模塊，所述偏轉增益模塊用于對所述姿態解耦模塊輸出的偏轉誤差施加偏轉增益，并將施加偏轉增益后的偏轉誤差輸送至所述耦合同步控制模塊。4.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述偏轉誤差包括所述XY運動平臺的重心偏移量和重心扭轉角度。5.一種重心驅動并聯XY運動平臺，其特征在于，所述重心驅動并聯XY運動平臺包括XY運動平臺、驅動系統、檢測系統和控制系統，所述驅動系統包括Y軸第一電機、Y軸第二電機和X軸電機，用于驅動所述XY運動平臺沿Y軸和X軸移動；所述檢測系統用于檢測所述XY運動平臺的Y軸實際位置、X軸實際位置、Y軸第一電機實際輸出力、Y軸第二電機實際輸出力、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉衍，馬利平，張峰，楊廣，
申請(專利權)人：中國科學院自動化研究所，
類型：發明
國別省市：北京,11