柔性扫描平台最优阶多项式速度曲线控制

李龙辉; 张芷齐; 郭振; 罗媛媛; 周连群; 姚佳

doi:10.37188/OPE.2021.0099

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柔性扫描平台最优阶多项式速度曲线控制

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2021-11-01

- 柔性扫描平台最优阶多项式速度曲线控制
- Optimal order polynomial motion profile for high-precision flexible scanning platform
- 光学精密工程 2021年29卷第10期页码：2400-2411
- 作者机构：
  
  1.长春理工大学机电工程学院，吉林长春 130022
  2.中国科学技术大学，安徽合肥 230026
  3.中国科学院苏州生物医学工程技术研究所中国科学院生物医学检验技术重点实验室，江苏苏州 215163
  4.苏州大学电子信息学院，江苏苏州 215006
- 作者简介：
  
  [ "李龙辉（1994-），男，安徽淮南人，2017年获得长春理工大学学士学位，2018年攻读长春理工大学硕士学位。主要从事机电一体化及高精度运动控制方面的研究。E-mail：longhui.li@mails.cust.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2018YFF01011003);国家自然科学基金青年基金项目(61874133;61901469;22005331);江苏省重点研究开发项目(BE2019684;BE2018080;BE2020768);江苏省政策引导类计划(BZ2019069);季华实验室资助项目(X190181TD190);中科院青年创新促进会资助项目(2019322;2018360;201856);中国科学院科研仪器设备研制项目(YJKYYQ20200046;YJKYYQ20190057);中国科学院重大科研仪器研制项目(ZDKYYQ20210004);苏州市科技支撑计划资助项目(SYG201907);中国科学院苏州生物医学工程技术研究所自主部署项目(Y851591105;E055011301)
- DOI：10.37188/OPE.2021.0099
  中图分类号： TP212.3
- 收稿日期：2021-03-02，
  
  修回日期：2021-03-30，
  
  纸质出版日期：2021-10-15
- 稿件说明：
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李龙辉,张芷齐,郭振等.柔性扫描平台最优阶多项式速度曲线控制[J].光学精密工程,2021,29(10):2400-2411.

LI Long-hui,ZHANG Zhi-qi,GUO Zhen,et al.Optimal order polynomial motion profile for high-precision flexible scanning platform[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2400-2411.
李龙辉,张芷齐,郭振等.柔性扫描平台最优阶多项式速度曲线控制[J].光学精密工程,2021,29(10):2400-2411. DOI： 10.37188/OPE.2021.0099.

LI Long-hui,ZHANG Zhi-qi,GUO Zhen,et al.Optimal order polynomial motion profile for high-precision flexible scanning platform[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(10):2400-2411. DOI： 10.37188/OPE.2021.0099.

摘要

针对高精度柔性扫描平台以现有速度曲线模型运动时运算量、残余振动大以及稳态时间长等问题，基于时间最优原则建立了最优阶多项式速度曲线，降低高精度柔性扫描平台运动时的残余振动与稳态时间。建立高精度柔性扫描平台简化模型，以速度、加速度、加加速度及其一阶导数等限制条件为边界，对不同阶数多项式速度曲线进行残余振动仿真分析，由仿真结果确定多项式速度曲线最优阶，随后构建最优阶多项式速度曲线方程并以高精度柔性扫描平台为对象进行残余振动实验。最优阶多项式速度曲线与传统梯形速度曲线相比，高精度柔性扫描平台实际残余振动加速度峰值降低了67.91%，稳态时间缩短了49.92%；与常规三阶多项式速度曲线相比，高精度柔性扫描平台实际残余振动加速度峰值降低了42.94%，稳态时间缩短了32.50%，具有较好性能。本文提出的最优阶多项式速度曲线模型克服了现有速度曲线在高精度柔性扫描平台应用中运算量与残余振动较大，稳态时间较长的问题，实验结果表明该速度曲线模型有效降低了残余振动，缩短了稳态时间，提高了运行效率，进而提高了高精度柔性扫描平台的性能。

Abstract

To solve the problems of large computational capacity requirement

high residual vibration

and long settling time when a high-precision flexible scanning platform moves

by using the existing motion profile model

an optimized order polynomial motion profile model based on the principle of optimized time is proposed. A simplified model of a high-precision flexible scanning platform was established

and residual vibration simulation for motion profiles using different order polynomials was carried out with limitations set on velocity

acceleration

and jerk and its derivative. The optimal polynomial motion profile equation with optimal order polynomial as determined by simulation results was solved

and residual vibration experiments on a high-precision flexible scanning platform were carried out. Compared with the traditional trapezoidal motion profile

for the high-precision flexible scanning platform using the optimal polynomial motion profile

the residual vibration acceleration peak was reduced by 67.91%

and the settling time was reduced by 49.92%. Compared with the conventional third-order polynomial motion profile

for the high-precision flexible scanning platform using the optimal polynomial motion profile

the residual vibration acceleration peak was reduced by 42.94%

and the settling time was reduced by 32.50%. The optimal polynomial motion profile displayed good performance. The optimal polynomial motion profile model proposed in this study can overcome the problems of large computational capacity requirement

high residual vibration

and long settling time in the application of a high-precision flexible scanning platform with the existing motion profile model. These experimental results show that the motion profile model effectively reduces residual vibration and settling time and improves the efficiency and performance of the high-precision flexible scanning platform.

关键词

Keywords

references

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