一種具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)pd控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高速高精度電子制造裝備領(lǐng)域，涉及一種具有未知擾動(dòng)的大加減速傳 送帶振動(dòng)控制的仿真系統(tǒng)，具體涉及一種具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子元器件的微型化和集成化對(duì)高速高精度電子制造裝備的加工精度要求越要 越高，然而具有彈性形變的傳送帶產(chǎn)生的振動(dòng)制約裝備的加工精度。在傳送帶振動(dòng)控制研 宄中，傳送帶模型具有強(qiáng)耦合、無窮維以及大加減速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，為建模高頻模態(tài)可能導(dǎo)致 溢出效應(yīng)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。近年，有方法將一些控制方法相結(jié)合，但考慮都不太完整，而 且多數(shù)還是停留在理論分析層面，只能粗略的對(duì)比控制輸入前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)。為了方便觀 察傳送帶實(shí)時(shí)振動(dòng)情況和驗(yàn)證控制器效果，本文搭建了一個(gè)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了模型 解析、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和控制算法作用后效果顯示，方便了對(duì)傳送帶振動(dòng)情況的監(jiān)視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種具有未知擾動(dòng)大加減速 傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，該ro控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)傳送帶振動(dòng)數(shù)據(jù)，是一種可驗(yàn)證所設(shè) 計(jì)的控制算法的控制效果的仿真平臺(tái)。
[0004] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng) ro控制系統(tǒng)，包括傳送帶模型解析顯示模塊、串口通信模塊以及控制模塊；串口通信模塊 與其他兩個(gè)模塊之間實(shí)際是融為一體的，三個(gè)模塊在程序設(shè)計(jì)上沒有絕對(duì)獨(dú)立。
[0005] 傳送帶模型解析顯示模塊主要功能是計(jì)算傳送帶模型的差分運(yùn)算結(jié)果；其中包括 roEs方程解析、軟件數(shù)值解析、離散數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送以及作圖五個(gè)部分，且五個(gè)部分之 間是緊密相連的。
[0006] roEs方程為非線性的，包括傳送帶振動(dòng)數(shù)學(xué)模型式以及初始條件、邊界條件式兩 個(gè)部分，其中，數(shù)學(xué)模型式為：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在于：包括傳送帶模型 解析顯示模塊、串口通信模塊和控制模塊；所述的模型解析顯示模塊和控制模塊通過串口 通信模塊相連接；所述的串口通信模塊與模型解析顯示模塊和控制模塊在程序設(shè)計(jì)上融為 一體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述的模型解析顯示模塊用于計(jì)算傳送帶模型的差分運(yùn)算結(jié)果；所述的模型解析顯示 模塊包括緊密相連的TOEs方程解析、軟件數(shù)值解析、離散數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送和作圖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述的TOEs方程為非線性的，所述的TOEs方程包括傳送帶振動(dòng)數(shù)學(xué)模型式以及初始條 件和邊界條件式，其數(shù)學(xué)模型式為
式中，P為傳送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量，EA為度，Ttl為結(jié)構(gòu)未擾動(dòng)情況下的張力，a為運(yùn)動(dòng)加 速度，V為運(yùn)動(dòng)速度，c為粘性阻尼系數(shù)，f?為分布式擾動(dòng)，w(x，t)表示t時(shí)刻在傳送帶位置
式中，Ttl為傳送帶未擾動(dòng)情況下的張力，L為傳送帶長(zhǎng)度，d和U分別是末端擾動(dòng)和控 制器輸入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述的軟件數(shù)值解析包括離散網(wǎng)格選取、列出差分方程組和求解差分方程組，具體如 下： 離散網(wǎng)格選?。簜魉蛶лS向移動(dòng)結(jié)構(gòu)位置X處的偏移量由w(x，t)表示，包括時(shí)間t和 空間X兩個(gè)方向，離散網(wǎng)格需要統(tǒng)一的對(duì)其做離散化處理； 列出差分方程組：根據(jù)傳送帶數(shù)學(xué)模型式（1)和由1)中確定的網(wǎng)格，列出相應(yīng)的差分 方程組，由于存在2階偏導(dǎo)，所以要特別注意時(shí)間點(diǎn)的順序關(guān)系； 求解差分方程組：根據(jù)離散時(shí)間點(diǎn)的先后順序，求解各個(gè)差分方程組，利用Matlab進(jìn) 行數(shù)值計(jì)算。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在 于，根據(jù)時(shí)間的因果關(guān)系，所述的差分運(yùn)算方法采用后向差分法；關(guān)于一階后向差分法的計(jì) 算方法如下： 1)對(duì)一般函數(shù)f(X)，將X軸上區(qū)間[a,b]等間距分割為N等分，則步長(zhǎng)h=Ax= (b_a)/N，則在XiUiG[a,b],i= 1，2,…，N)位置處的后向差值為f(xDKxi-Ii);而If(Xi) 的泰勒展開式為：
式中h為步長(zhǎng)，f(Xi-Ii)，f(Xjh)和f(Xi)分別為在函數(shù)f(x)在位置Xi-Ii,Xjh和Xi* 的值，f' (Xi)，f" (Xi)，f"' (Xi)為函數(shù)f(x)在位置Xi處一階、二階和三階導(dǎo)數(shù)值； 忽略h的平方和更高階項(xiàng)可得到一階后向差分方程：
式中"0〇即為函數(shù)€〇0在\處的一階導(dǎo)數(shù)值，11為步長(zhǎng)4〇^)4〇^-11)則分別為 函數(shù)f(X)在Xi,Xi-Il處的值； 2)根據(jù)1)中的方法，則傳送帶模型中相應(yīng)的偏移量w(x，t)的一階偏微分方程表示 為-
式中，Wx (X，t)為偏移量w(X，t)關(guān)于X的一階偏導(dǎo)數(shù)，hx為總長(zhǎng)度等分后的一步的步 長(zhǎng)；
式中，Wt (x，t)為偏移量w(x，t)關(guān)于t的一階偏導(dǎo)數(shù)，ht為總時(shí)間等分后一步的步長(zhǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述的離散數(shù)據(jù)處理主要包括初始化和匕離散迭代方法兩部分；在離散處理上，選取時(shí) 間離散點(diǎn)每次只運(yùn)算7個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述的初始化的目的是設(shè)定各個(gè)參數(shù)的大小和初始值，設(shè)置7維臨時(shí)存儲(chǔ)矩陣Dlw，同時(shí) 初始化另一個(gè)相同的7維臨時(shí)運(yùn)算數(shù)據(jù)矩陣，用于即將運(yùn)算的w(x，t)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述的F7離散迭代方法包括以下步驟： 1) 將初始化的參數(shù)和初始振動(dòng)數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)矩陣Dlw帶入到式（1)中，離散計(jì)算 W(X，t)，存儲(chǔ)到Dlw中； 2) 利用1)中求出的Dlw計(jì)算緊接著的7個(gè)時(shí)間離散點(diǎn)的w(x，t)數(shù)據(jù)，存入到另一個(gè) 臨時(shí)存儲(chǔ)矩陣中； 3) 解析邊界條件和控制信號(hào)，得到傳送帶自由條件或控制條件下的邊界處振動(dòng)數(shù)據(jù)； 4) 用后一個(gè)臨時(shí)矩陣數(shù)據(jù)替換掉前一個(gè)臨時(shí)矩陣數(shù)據(jù)，并給后一個(gè)臨時(shí)運(yùn)算矩陣清 零，作為接下來的需要用于存儲(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)的矩陣； 5) 時(shí)間終點(diǎn)判定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述的數(shù)據(jù)傳送是指模型解析顯示模塊與串口通信模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸；所述的數(shù)據(jù) 傳送包括兩個(gè)部分，一個(gè)是將模型解析顯示模塊計(jì)算所得的離散數(shù)據(jù)發(fā)送出去，另一個(gè)是 接收來自串口通信模塊傳來的控制數(shù)據(jù)；所述的發(fā)送數(shù)據(jù)是將所得到的傳送帶振動(dòng)相應(yīng)偏 移量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過MATLAB中的fprintf(com,data)語 句來實(shí)現(xiàn)；所述的接收數(shù)據(jù)是指從串口獲得相應(yīng)的控制信號(hào)，對(duì)所選擇得控制方法進(jìn)行相 應(yīng)的運(yùn)算； 所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的作圖是通 過MATLABGn中的plot函數(shù)根據(jù)所計(jì)算出的數(shù)據(jù)繪出傳送帶振動(dòng)的實(shí)時(shí)圖形并顯示相應(yīng) 數(shù)值。 1〇.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)ro控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述的串口通信模塊主要功能是建立傳送帶模型數(shù)據(jù)與ARM開發(fā)板控制器的數(shù)據(jù)通 信，包括PC機(jī)和ARM開發(fā)板兩部分的通信程序設(shè)計(jì)； 所述的PC機(jī)通信程序設(shè)計(jì)包括COM口設(shè)置、數(shù)據(jù)打包、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)讀取和發(fā)送判 定；所述的數(shù)據(jù)打包是為了達(dá)到控制器數(shù)據(jù)與傳送器顯示同步，且給數(shù)據(jù)設(shè)置了相應(yīng)的標(biāo) 識(shí)符； 所述的ARM開發(fā)板通信程序設(shè)計(jì)包括初始設(shè)置、數(shù)據(jù)處理和控制方法；所述的初始設(shè) 置則由開啟新線程、產(chǎn)生新的消息對(duì)象、建立數(shù)據(jù)載體和傳遞數(shù)據(jù)塊；所述的控制方法發(fā)送 由Tiny210開發(fā)板提供的HardwareControler的驅(qū)動(dòng)方便實(shí)現(xiàn)； 所述的控制模塊主要功能為識(shí)別傳送帶的相關(guān)數(shù)據(jù)，振動(dòng)數(shù)據(jù)分類和相應(yīng)的計(jì)算處 理，數(shù)據(jù)顯示以及振動(dòng)數(shù)據(jù)和控制算法發(fā)送至通信模塊； 所述的數(shù)據(jù)識(shí)別分類處理包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Cut處理、進(jìn)行相應(yīng)的分類、對(duì)數(shù)據(jù)位判定 和計(jì)算傳送帶振動(dòng)速率；所述的振動(dòng)速度計(jì)算由式（6)根據(jù)離散時(shí)間點(diǎn)ht得到。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有未知擾動(dòng)大加減速傳送帶振動(dòng)PD控制系統(tǒng)，包括了傳送帶模型解析顯示模塊、串口通信模塊以及控制模塊。三個(gè)模塊按照功能分類，但在程序設(shè)計(jì)上并沒有絕對(duì)獨(dú)立。模型解析顯示模塊主要利用差分離散方法，由MATLAB GUI編程實(shí)現(xiàn)，顯示于PC機(jī)上；串口通信模塊內(nèi)嵌于模型解析顯示模塊和控制模塊，通過串口通訊保證了模型解析顯示部分和控制器之間的數(shù)據(jù)通信；控制模塊位于ARM開發(fā)板上，利用Android系統(tǒng)對(duì)立管模型進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視和控制作用。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了傳送帶振動(dòng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示以及控制算法作用后的效果顯示，而且成本較低、更方便。
【IPC分類】G05B17-02
【公開號(hào)】CN104714417
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410843219
【發(fā)明人】劉嶼, 趙志甲, 翁軒
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日