1.一种双电机驱动气悬浮控制系统性能评价方法,其特征在于,包块以下几个步骤:步骤S1、确定高加速度高精度双电机驱动气悬浮控制系统的控制器性能评价类型;
步骤S2、建立双电机驱动精密气浮平台控制系统数学模型;
步骤S3、根据确定的控制器性能评价类型,基于建立的双电机同步驱动精密气浮系统数学模式,提出一种基于最优目标函数值计算当前控制器性能的方法;
其步骤S3具体包括:
针对双电机同步驱动气浮系统,基于速度同步偏差,将控制策略分为状态向量的最优估计和系统的最优增益两部分:步骤S31、根据建立的系统动力学模型,基于速度同步偏差,设计最优控制率uc(k),即:式中, 和 分别代表速度项v1和v2的估计值;x1(k)和x2(k)分别代表k时刻的推杆中心的位移数据项,L(k)代表最优增益矩阵;
步骤S32、根据得到的最优控制率进一步设计作为控制系统性能指标分析的最优目标函数值:式中,Q1、Q2是状态向量加权矩阵,R是输入向量加权矩阵;且Q1和Q2为对称非负定矩阵,R为对称正定矩阵,目的使式子值达到最小;X(N)代表N时刻状态向量的值,N代表终止时刻;X(k)代表k时刻状态向量的值;
步骤S4、计算理想控制器性能,确定评价基准;
步骤S5、确定高加速度高精度双电机驱动气悬浮控制系统性能评价指标,由此量化分析控制算法对气浮运动的性能影响;
将高加速度高精度双电机驱动气浮系统的最优目标值与评价基准相比较,将其比值作为评价高加速度精密气悬浮运动双电机驱动系统性能优劣的尺度和准则,即:式中,J实际最优目标函数值表示系统实际的最优目标函数值;J理想最优目标函数值表示系统理论最优目标函数值,该式子的性能指标值来评估噪声扰动和估计向量对系统的稳定性和鲁棒性的影响。
2.根据权利要求1所述的一种双电机驱动气悬浮控制系统性能评价方法,其步骤S1具体包括:采用随机性性能指标类型对控制系统的性能进行评价,即根据控制回路和输入、输出数据得到控制系统的性能度量,量化评价控制系统在此控制作用下性能优劣的程度。
3.根据权利要求1所述的一种双电机驱动气悬浮控制系统性能评价方法,其步骤S2具体包括:气悬浮运动平台在X和Y运动方向均采用平行放置的双电机驱动形式,两电机推力方向相同,同时推动推杆进行运动:步骤S21,将气浮平台的数学模型通过一个多输入多输出的线性系统进行描述,即:式中,k∈Z+是时间步数,x=[x1,…,xn]T∈Rn、uc=[uc1,…,ucm]T∈Rm、yc=[yc1,…,ycp]T∈Rp、w=[w1,…,wn]T∈Rn和v=[v1,…,vp]T∈Rp分别是系统状态向量、控制向量、输出向量、系统扰动和随机测量噪声向量,Ac∈Rn*n、Bc∈Rn*m、Cc∈Rq*n、Bc,w∈Rn×l分别为受外界扰动精密气悬浮系统的具有适当维数的常量矩阵,其中:步骤S22,将系统状态向量设为推杆中心的位移和速度,即系统状态矢量为:x(k+1)=[x1,x2,v1,v2]T
式中,x1和x2为推杆中心的位移数据项,可以通过精密光栅尺直接进行测量;速度项v1和v2由于无法直接测量,需要通过算法对其值进行估计。
4.根据权利要求1所述的一种双电机驱动气悬浮控制系统性能评价方法,其步骤S4具体包括:实际计算得到的速度理论值则应该为理想值,设时刻t的瞬时速度v为:当Δt越小,平均速度 就越接近于瞬时速度;
则理想控制器的最优目标函数值为:
式中, Δx代表变化的位移;X(N)代表N时刻状态向量的值,N代表终止时刻;X(k)代表k时刻状态向量的值;uc(k)代表k时刻控制向量的值。