CN103558862B - 一种x射线物象点自主精密追踪控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，其特征在于，包括载物台、传动装置、射线产生装置、影像探测器、图像处理装置、内置测量装置和控制系统，通过影像探测器和图像处理装置自动识别被检测对象的位置信号，并通过控制系统控制传动装置的七轴联动精密跟踪物象点，自主完成被检测对象的3D断层扫描成像，并在X光成像存在偏差时，根据内置测量装置的测量结果，应用设计的鲁棒控制器自适应调节载物台的上升下降、X‑Y平移和左右旋转以使X光成像清晰。本发明的系统及方法，其精确移位、精确定位、无积累误差、精度高。

Description

一种X射线物象点自主精密追踪控制系统及方法

技术领域

本发明涉及精密电子封装过程中的高速高精度视觉检测/控制一体化领域，具体涉及一种X射线物象点自主精密追踪控制系统及方法。

背景技术

X射线探伤作为常规的无损检测方法，已广泛应用于工业生产过程检验和在用产品检验。计算机断层扫描作为一种X-RAY成像方法，它在一个物体围绕一根轴线旋转时，拍摄大量二维X-RAY图像，再利用几何图形的数学处理来生成这个物体的三维虚拟模型。

然而，在载物台旋转扫描过程中，若载物台、影像探测器和X-RAY源的联动控制配合不当将给3D CT重建带来严重的影响。比如，在载物台旋转扫描过程中，旋转后载物台有可能与其下方的X-RAY管发生碰撞，因此X-RAY管需下降一段距离避免碰撞。光管的焦点与被探测的物体的焦点距离会发生了变化，被测物体所投射的范围变大，同时放大倍率却变小，导致图像旋转后发生畸变。

因此，控制影像探测器、载物台和X-RAY源三者之间的相对位置以保证图像的放大倍率与旋转之前相同并且成像清晰是实现高速X光学断层扫描检测的核心技术之一，也是实现高端封装元件，尤其是3D封装元件高精度质量检查的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，其能实现精确移位、精确定位、无积累误差。

本发明的另一目的在于提供一种X射线物象点自主精密追踪控制方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，包括载物台、传动装置、射线产生装置、影像探测器、图像处理装置、内置测量装置和控制系统，其中

载物台，包括固定件以及设置在固定件上可360度旋转的托盘，托盘上放置待测物体；

传动装置带动载物台、射线产生装置、影像探测器移动，具体如下：在传动装置中，与载物台固定件固定连接的X轴带动载物台左右运动、Y轴带动载物台前后运动、Z轴带动载物台上升下降、R轴带动载物台左右60度旋转，以及带动托盘360度旋转的旋转轴、带动射线产生装置上升下降的传动轴一、带动影像探测器上升下降的传动轴二；

射线产生装置，作为X光的光源发出锥束X光，扫描放置在托盘中的待测物体；

影像探测器，由X光扫描待测物体，获得待测物体的射线投影数据，并将该数据传输给图像处理装置；

图像处理装置，通过仿射变换将射线产生装置、影像探测器的运动转化为载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示：

其中，x和y是运动前物象点的运动坐标，u和v是物象点经过上升下降、X-Y平移和左右旋转变化后的投影成像坐标，(a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂)为仿射变换参数；

内置测量装置，测量高速运动平台中射线产生装置、载物台和影像探测器之间的位置参数，以及高加速度精密运动系统在快速启停时造成的平台振动，并将测量数据传输给控制系统；

控制系统，控制七轴联动，即X轴、Y轴、Z轴、R轴、旋转轴、传动轴一和传动轴二，控制X/Y/Z/R轴、旋转轴带动载物台、托盘运动，控制传动轴一、传动轴二分别带动射线产生装置、影像探测器上升下降运动，在X光成像存在偏差时，根据内置测量装置的标定分析结果，应用设计的鲁棒控制器自适应调节载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转以使X光成像清晰，其中

X\Y轴运动控制系统状态方程为：

Z轴运动控制系统状态方程为：

R轴转动控制系统状态方程为：

其中J为电动机转动惯量，T_a，k_t为电动机转矩及转矩常数，V_a为回路电压，R_a为回路相电阻，k_e为电动机感应电势常数，F_f,F_ss,T_L,T_g为引入的不确定干扰力矩，B_g为阻尼系数。

所述的X射线物象点自主精密追踪控制系统，控制X/Y/Z/R轴转动的对应设计如下：

A、基于电机驱动性能最大化的运动规划：

a、点到点运动规划：考虑电机的饱和极限条件、运动系统的阻力情况、光栅尺的速度限制以及离散化等的影响，设计运动规划的通用算法；确定电机驱动的饱和特性；分析运动系统的阻力情况；并根据条件，确定运动规划算法中的参数；

b、物象点追踪规划：根据仿射变换要求，求解每个轴的运动路径；同时，对一个轴进行运动规划，并根据运动路径得出其余轴的运动规划，所有运动规划都满足每个轴的饱和限制条件，从而确保X光成像清晰，成像仿射变化偏差最小；

B、由于上述的X\Y\R的运动控制模型具有一定的相似性，因此统一写成这里y为输出的位移，包括X方向，Y方向以及转动角度θ，M与N分别依赖于转动惯量与向心力，与不确定干扰力矩F_f,F_ss,T_L,T_g相关；在同一周期内对该系统设计控制器，以消除干扰：

设定周期[0,T]，在该周期中设计控制律为：

其中e＝y_d-y为误差，为估计值；

引入变量得到系统闭环的状态方程为

通过选取Lyapunov函数可知闭环系统鲁棒稳定；输入前面测量的结果，并通过调节控制律的参数k₁,k₂,k₃即可控制系统各轴的高精度运转。

本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：

一种X射线物象点自主精密追踪控制方法，包含以下顺序的步骤：

1)将待测物体放置在载物台的托盘上，射线产生装置产生的锥束X光扫描待测物体，影像探测器获得射线投影数据，其中传动装置带动载物台、射线产生装置、影像探测器移动，具体如下：在传动装置中，与载物台固定件固定连接的X轴带动载物台左右运动、Y轴带动载物台前后运动、Z轴带动载物台上升下降、R轴带动载物台左右60度旋转，以及带动托盘360度旋转的旋转轴、带动射线产生装置上升下降的传动轴一、带动影像探测器上升下降的传动轴二；

2)影像探测器将投影数据传送给图像处理装置成像，若成像清晰，则直接输出图像，若成像有偏差，则进行下一步；

3)利用图像处理装置的仿射变换，将射线产生装置、影像探测器的运动转化为载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示：

其中，x和y是运动前物象点的运动坐标，u和v是物象点经过上升下降、X-Y平移和左右旋转变化后的投影成像坐标，(a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂)为仿射变换参数；

4)通过内置测量装置测量高速运动平台中射线产生装置、载物台和影像探测器之间的位置参数，以及高加速度精密运动系统在快速启停时造成的平台振动；

5)将内置测量装置的测量结果输入控制系统，控制系统控制七轴联动，即X轴、Y轴、Z轴、R轴、旋转轴、传动轴一和传动轴二，应用设计的鲁棒控制器自适应调节载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转以使X光成像清晰，其中

X\Y轴运动控制系统状态方程为：

Z轴运动控制系统状态方程为：

R轴转动控制系统状态方程为：

其中J为电动机转动惯量，T_a，k_t为电动机转矩及转矩常数，V_a为回路电压，R_a为回路相电阻，k_e为电动机感应电势常数，F_f,F_ss,T_L,T_g为引入的不确定干扰力矩，B_g为阻尼系数。

步骤5)中，所述的控制X/Y/Z/R轴转动的控制系统，其对应的设计如下：

A、基于电机驱动性能最大化的运动规划：

a、点到点运动规划：考虑电机的饱和极限条件、运动系统的阻力情况、光栅尺的速度限制以及离散化等的影响，设计运动规划的通用算法；确定电机驱动的饱和特性；分析运动系统的阻力情况；并根据条件，确定运动规划算法中的参数；

b、物象点追踪规划：根据仿射变换要求，求解每个轴的运动路径；同时，对一个轴进行运动规划，并根据运动路径得出其余轴的运动规划，所有运动规划都满足每个轴的饱和限制条件，从而确保X光成像清晰，成像仿射变化偏差最小；

B、由于上述的X\Y\R的运动控制模型具有一定的相似性，因此统一写成这里y为输出的位移，包括X方向，Y方向以及转动角度θ，M与N分别依赖于转动惯量与向心力，与不确定干扰力矩F_f,F_ss,T_L,T_g相关；在同一周期内对该系统设计控制器，以消除干扰：

设定周期[0,T]，在该周期中设计控制律为：

其中e＝y_d-y为误差，为估计值；

引入变量得到系统闭环的状态方程为

通过选取Lyapunov函数可知闭环系统鲁棒稳定；输入前面测量的结果，并通过调节控制律的参数k₁,k₂,k₃即可控制系统各轴的高精度运转。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、精确移位、精确定位：通过X射线成像系统自动识别被检测对象的位置信号，并通过控制系统采用七轴联动控制(即X轴、Y轴、Z轴、R轴、旋转轴、传动轴一和传动轴二)精密跟踪物象点，实现待测物体、射线产生装置及影像探测器的位置的精确定位；另外利用X光进行无损检测时，首先需要收集该产品标准件的模板图像，然后将采集的待测物体的成像与该模板图像进行对比，为了使产品检测、图像校正的结果更加准确，需要使待测物体与该产品标准件在托盘上的位置相一致，即让待测物体的成像与模板图像相匹配，而本发明中旋转轴可以带动托盘360度旋转，当人工将待测物体放置在载物台的托盘，无法准确对齐、位置发生偏转时，可以通过旋转轴进行调整，即可达到该目的。

2、无积累误差、精度高：X光检测设备中不可避免的存在各种因素引起的误差，如几何误差、摩擦力误差、电机非线性误差、热效应误差，这些误差的存在使得X光成像存在偏差，本发明通过应用设计的鲁棒控制器自适应调节，对这些误差统一考虑，进行补偿，消除积累误差，从而达到精度高的目的。

附图说明

图1为本发明所述的一种X射线物象点自主精密追踪控制系统的结构示意图；

图2为图1所述系统的俯视图；

图3为图1所述系统的侧视图；

图4为图1所述系统的加入干扰的X/Y轴位置控制结构图；

图5为图1所述系统的加入干扰的Z轴被控对象结构图；

图6为图1所述系统的加入干扰的R轴角度控制结构图；

图7为本发明所述的一种X射线物象点自主精密追踪控制方法的流程图。

具体实施方式

一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，如图1、2、3，包括载物台1、传动装置、射线产生装置2、影像探测器3、图像处理装置、内置测量装置和控制系统，其中

载物台1，包括固定件9以及设置在固定件9上可360度旋转的托盘10，托盘10上放置待测物体；

传动装置，包括分别与载物台固定件9相连接的X轴4、Y轴5、Z轴以及R轴6，其中X轴4带动载物台1左右运动、Y轴5带动载物台1前后运动、Z轴带动载物台1上升下降、R轴6带动载物台1左右旋转60度，与托盘10固定连接的旋转轴带动托盘360度旋转，以及带动射线产生装置2上升下降的传动轴一7、带动影像探测器3上升下降的传动轴二8；

射线产生装置，作为X光的光源发出锥束X光，扫描放置在托盘10中的待测物体；

影像探测器3，由X光扫描待测物体，获得待测物体的射线投影数据，并将该数据传输给图像处理装置；

图像处理装置，通过仿射变换将射线产生装置2、影像探测器3的运动转化为载物台1的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示：

其中，x和y是运动前物象点的运动坐标，u和v是物象点经过上升下降、X-Y平移和左右旋转变化后的投影成像坐标，(a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂)为仿射变换参数；

内置测量装置，测量高速运动平台中射线产生装置2、载物台1和影像探测器3之间的位置参数，以及高加速度精密运动系统在快速启停时造成的平台振动，并将测量数据传输给控制系统；

控制系统，控制七轴联动，即X轴4、Y轴5、Z轴、R轴6、旋转轴、传动轴一7和传动轴二8，控制X/Y/Z/R轴、旋转轴带动载物台、托盘运动，控制传动轴一7、传动轴二8分别带动射线产生装置2、影像探测器3上升下降运动，同时在X光成像存在偏差时，根据内置测量装置的标定分析结果，应用设计的鲁棒控制器自适应调节载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转以使X光成像清晰，其中

X\Y轴运动控制系统状态方程为：对应的控制结构图如图4；

Z轴运动控制系统状态方程为：

对应的控制结构图如图5；

R轴转动控制系统状态方程为：对应的控制结构图如图6；

其中J为电动机转动惯量，T_a，k_t为电动机转矩及转矩常数，V_a为回路电压，R_a为回路相电阻，k_e为电动机感应电势常数，F_f,F_ss,T_L,T_g为引入的不确定干扰力矩，B_g为阻尼系数。

其中X射线物象点自主精密追踪控制系统，控制X/Y/Z/R轴转动的对应设计如下：

A、基于电机驱动性能最大化的运动规划：

a、点到点运动规划：考虑电机的饱和极限条件、运动系统的阻力情况、光栅尺的速度限制以及离散化等的影响，设计运动规划的通用算法；确定电机驱动的饱和特性；分析运动系统的阻力情况；并根据条件，确定运动规划算法中的参数；

b、物象点追踪规划：根据仿射变换要求，求解每个轴的运动路径；同时，对一个轴进行运动规划，并根据运动路径得出其余轴的运动规划，所有运动规划都满足每个轴的饱和限制条件，从而确保X光成像清晰，成像仿射变化偏差最小；

B、由于上述的X\Y\R的运动控制模型具有一定的相似性，因此统一写成这里y为输出的位移，包括X方向，Y方向以及转动角度θ，M与N分别依赖于转动惯量与向心力，与不确定干扰力矩F_f,F_ss,T_L,T_g相关；在同一周期内对该系统设计控制器，以消除干扰：

设定周期[0,T]，在该周期中设计控制律为：

其中e＝y_d-y为误差，为估计值；

引入变量得到系统闭环的状态方程为

通过选取Lyapunov函数可知闭环系统鲁棒稳定；输入前面测量的结果，并通过调节控制律的参数k₁,k₂,k₃即可控制系统各轴的高精度运转。

如图7，一种X射线物象点自主精密追踪控制方法，包含以下顺序的步骤：

1)将待测物体放置在载物台的托盘上，射线产生装置产生的锥束X光扫描待测物体，影像探测器获得射线投影数据，其中传动装置带动载物台、射线产生装置、影像探测器移动，具体如下：在传动装置中，与载物台固定件固定连接的X轴带动载物台左右运动、Y轴带动载物台前后运动、Z轴带动载物台上升下降、R轴带动载物台左右60度旋转，以及带动托盘360度旋转的旋转轴、带动射线产生装置上升下降的传动轴一、带动影像探测器上升下降的传动轴二；

2)影像探测器将投影数据传送给图像处理装置成像，若成像清晰，则直接输出图像，若成像有偏差，则进行下一步；

3)利用图像处理装置的仿射变换，将射线产生装置、影像探测器的运动转化为载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示：

其中，x和y是运动前物象点的运动坐标，u和v是物象点经过上升下降、X-Y平移和左右旋转变化后的投影成像坐标，(a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂)为仿射变换参数；

4)通过内置测量装置测量高速运动平台中射线产生装置、载物台和影像探测器之间的位置参数，以及高加速度精密运动系统在快速启停时造成的平台振动；

5)将内置测量装置的测量结果输入控制系统，控制系统控制七轴联动，即X轴、Y轴、Z轴、R轴、旋转轴、传动轴一和传动轴二，应用设计的鲁棒控制器自适应调节载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转以使X光成像清晰，其中

X\Y轴运动控制系统状态方程为：

Z轴运动控制系统状态方程为：

R轴转动控制系统状态方程为：

其中J为电动机转动惯量，T_a，k_t为电动机转矩及转矩常数，V_a为回路电压，R_a为回路相电阻，k_e为电动机感应电势常数，F_f,F_ss,T_L,T_g为引入的不确定干扰力矩，B_g为阻尼系数。

其中控制系统的对应设计如下：

A、基于电机驱动性能最大化的运动规划：

a、点到点运动规划：考虑电机的饱和极限条件、运动系统的阻力情况、光栅尺的速度限制以及离散化等的影响，设计运动规划的通用算法；确定电机驱动的饱和特性；分析运动系统的阻力情况；并根据条件，确定运动规划算法中的参数；

b、物象点追踪规划：根据仿射变换要求，求解每个轴的运动路径；同时，对一个轴进行运动规划，并根据运动路径得出其余轴的运动规划，所有运动规划都满足每个轴的饱和限制条件，从而确保X光成像清晰，成像仿射变化偏差最小；

B、由于上述的X\Y\R的运动控制模型具有一定的相似性，因此统一写成这里y为输出的位移，包括X方向，Y方向以及转动角度θ，M与N分别依赖于转动惯量与向心力，与不确定干扰力矩F_f,F_ss,T_L,T_g相关；在同一周期内对该系统设计控制器，以消除干扰：

设定周期[0,T]，在该周期中设计控制律为：

其中e＝y_d-y为误差，为估计值；

引入变量得到系统闭环的状态方程为

通过选取Lyapunov函数可知闭环系统鲁棒稳定；输入前面测量的结果，并通过调节控制律的参数k₁,k₂,k₃即可控制系统各轴的高精度运转。

上述控制系统对设备中的干扰进行补偿主要包括以下方面：

①几何误差补偿：几何误差属于系统误差，通过外部测量设备获得其模型，进而设计前馈算法加以补偿；

②摩擦力补偿：摩擦力是影响运动系统精度的重要因素之一。X光检测设备的运动平台包括极高的加速运动和低速平稳运动，建立其摩擦力模型并确定模型参数，根据模型设计前馈控制器，判断运动系统工作状况，设计摩擦力补偿控制算法；

③电机非线性补偿：直线电机的力波纹和端部效应等非线性会降低系统的运动精度。因此搭建电机非线性分析平台，建立力波纹和端部效应的模型，根据模型，设计前馈补偿算法，从而提高系统性能；

④热效应补偿：电机的满负荷、长时间工作产生的热必将影响系统的精度，因此建立电机热效应模型，设计其前馈补偿算法可放松电机等的散热条件，而不影响设备精度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种X射线物象点自主精密追踪控制系统，其特征在于，包括载物台、传动装置、射线产生装置、影像探测器、图像处理装置、内置测量装置和控制系统，其中

载物台，包括固定件以及设置在固定件上可360度旋转的托盘，托盘上放置待测物体；

传动装置，包括分别与载物台固定件固定连接的X轴、Y轴、Z轴、R轴，其中X轴带动载物台左右运动、Y轴带动载物台前后运动、Z轴带动载物台上升下降、R轴带动载物台左右60度旋转，以及带动托盘360度旋转的旋转轴、带动射线产生装置上升下降的传动轴一、带动影像探测器上升下降的传动轴二；

射线产生装置，作为X光的光源发出锥束X光，扫描放置在托盘中的待测物体；

影像探测器，由X光扫描待测物体，获得待测物体的射线投影数据，并将该数据传输给图像处理装置；

图像处理装置，通过仿射变换将射线产生装置、影像探测器的运动转化为载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示：

$\left(\begin{array}{c}u\\ v\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{a}_0\\ b_0\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}{a}_1& a_2\\ b_1& b_2\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right)$

其中，x和y是运动前物象点的运动坐标，u和v是物象点经过上升下降、X-Y平移和左右旋转变化后的投影成像坐标，(a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂)为仿射变换参数；

内置测量装置，测量高速运动平台中射线产生装置、载物台和影像探测器之间的位置参数，以及高加速度精密运动系统在快速启停时造成的平台振动，并将测量数据传输给控制系统；

控制系统，控制七轴联动，即X轴、Y轴、Z轴、R轴、旋转轴、传动轴一和传动轴二，控制X/Y/Z/R轴、旋转轴带动载物台、托盘运动，控制传动轴一、传动轴二分别带动射线产生装置、影像探测器上升下降运动，在X光成像存在偏差时，根据内置测量装置的标定分析结果，应用设计的鲁棒控制器自适应调节载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转以使X光成像清晰，其中

X\Y轴运动控制系统状态方程为：

Z轴运动控制系统状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ -\frac{{\mathrm{\ηk}}_t{K}_u(1+k)}{R_{a}J}& -\frac{R_{a}B+k_e{k}_t-{\mathrm{\ηk}}_t{K}_u{B}_g}{R_{a}J}\end{array}\right)x+\left(\begin{array}{c}0\\ \frac{{\mathrm{\ηk}}_t{K}_u}{R_{a}J}\end{array}\right)(q_d+f_d)+\left(\begin{array}{c}0\\ \frac{{\mathrm{\ηK}}_u{k}_t{\mathrm{kq}}_h-{\mathrm{\ηR}}_a{F}_f}{R_{a}J}\end{array}\right)\\ y=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ k& -B_g\end{array}\right)x+\left(\begin{array}{c}0\\ -{\mathrm{kq}}_h\end{array}\right)\end{array}\right.;$

R轴转动控制系统状态方程为：

其中J为电动机转动惯量，k_t为电动机转矩常数，R_a为回路相电阻，k_e为电动机感应电势常数，F_f为引入的不确定干扰力矩，B_g为阻尼系数。

2.根据权利要求1所述的X射线物象点自主精密追踪控制系统，其特征在于，控制系统控制X/Y/Z/R轴转动的对应设计如下：

A、基于电机驱动性能最大化的运动规划：

a、点到点运动规划：考虑电机的饱和极限条件、运动系统的阻力情况、光栅尺的速度限制以及离散化的影响，设计运动规划的通用算法；确定电机驱动的饱和特性；分析运动系统的阻力情况；并根据条件，确定运动规划算法中的参数；

b、物象点追踪规划：根据仿射变换要求，求解每个轴的运动路径；同时，对一个轴进行运动规划，并根据运动路径得出其余轴的运动规划，所有运动规划都满足每个轴的饱和限制条件，从而确保X光成像清晰，成像仿射变化偏差最小；

B、由于上述的X\Y\R的运动控制模型具有一定的相似性，因此统一写成这里y为输出的位移，包括X方向，Y方向以及转动角度θ，与不确定干扰力矩F_f相关；在同一周期内对该系统设计控制器，以消除干扰：

设定周期[0,T]，在该周期中设计控制律为：

$u=(k_1+k_2)e+k_2\underset{0}{\overset{t}{\∫}}e\left(\mathrm{\δ}\right)d\mathrm{\δ}+k_3\stackrel{\·}{e}+\stackrel{\‾}{P}\stackrel{\·\·}{y_d}+\stackrel{\‾}{Q}\stackrel{\·}{y_d}$

其中e＝y_d-y为误差，为估计值；

引入变量得到系统闭环的状态方程为

$P\stackrel{\·\·}{e}+Q\stackrel{\·}{e}+k_{1}e+k_2\mathrm{\ν}+k_3\stackrel{\·}{e}-(P-\stackrel{\‾}{P})\stackrel{\·\·}{y_d}-(Q-\stackrel{\‾}{Q})\stackrel{\·}{y_d}-G\left(\stackrel{\·}{y}\right)=0;$

通过选取Lyapunov函数可知闭环系统鲁棒稳定；输入前面测量的结果，并通过调节控制律的参数k₁,k₂,k₃即可控制系统各轴的高精度运转。

3.一种X射线物象点自主精密追踪控制方法，包含以下顺序的步骤：

1)将待测物体放置在载物台的托盘上，射线产生装置产生的锥束X光扫描待测物体，影像探测器获得射线投影数据，其中传动装置带动载物台、射线产生装置、影像探测器移动，具体如下：在传动装置中，与载物台固定件固定连接的X轴带动载物台左右运动、Y轴带动载物台前后运动、Z轴带动载物台上升下降、R轴带动载物台左右60度旋转，以及带动托盘360度旋转的旋转轴、带动射线产生装置上升下降的传动轴一、带动影像探测器上升下降的传动轴二；

2)影像探测器将投影数据传送给图像处理装置成像，若成像清晰，则直接输出图像，若成像有偏差，则进行下一步；

3)利用图像处理装置的仿射变换，将射线产生装置、影像探测器的运动转化为载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转，仿射变换式如下所示：

$\left(\begin{array}{c}u\\ v\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{a}_0\\ b_0\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}{a}_1& a_2\\ b_1& b_2\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right)$

其中，x和y是运动前物象点的运动坐标，u和v是物象点经过上升下降、X-Y平移和左右旋转变化后的投影成像坐标，(a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂)为仿射变换参数；

4)通过内置测量装置测量高速运动平台中射线产生装置、载物台和影像探测器之间的位置参数，以及高加速度精密运动系统在快速启停时造成的平台振动；

5)将内置测量装置的测量结果输入控制系统，控制系统控制七轴联动，即X轴、Y轴、Z轴、R轴、旋转轴、传动轴一和传动轴二，应用设计的鲁棒控制器自适应调节载物台的上升下降、X-Y平移和左右旋转以使X光成像清晰，其中

X\Y轴运动控制系统状态方程为：

Z轴运动控制系统状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=\left(\begin{array}{cc}0& 1\\ -\frac{{\mathrm{\ηk}}_t{K}_u(1+k)}{R_{a}J}& -\frac{R_{a}B+k_e{k}_t-{\mathrm{\ηk}}_t{K}_u{B}_g}{R_{a}J}\end{array}\right)x+\left(\begin{array}{c}0\\ \frac{{\mathrm{\ηk}}_t{K}_u}{R_{a}J}\end{array}\right)(q_d+f_d)+\left(\begin{array}{c}0\\ \frac{{\mathrm{\ηK}}_u{k}_t{\mathrm{kq}}_h-{\mathrm{\ηR}}_a{F}_f}{R_{a}J}\end{array}\right)\\ y=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ k& -B_g\end{array}\right)x+\left(\begin{array}{c}0\\ -{\mathrm{kq}}_h\end{array}\right)\end{array}\right.;$

R轴转动控制系统状态方程为：

其中J为电动机转动惯量，k_t为电动机转矩及转矩常数，R_a为回路相电阻，k_e为电动机感应电势常数，F_f为引入的不确定干扰力矩，B_g为阻尼系数。

4.根据权利要求3所述的X射线物象点自主精密追踪控制方法，其特征在于，步骤5)中，所述的控制X/Y/Z/R轴转动的控制系统，其对应的设计如下：

A、基于电机驱动性能最大化的运动规划：

a、点到点运动规划：考虑电机的饱和极限条件、运动系统的阻力情况、光栅尺的速度限制以及离散化的影响，设计运动规划的通用算法；确定电机驱动的饱和特性；分析运动系统的阻力情况；并根据条件，确定运动规划算法中的参数；

b、物象点追踪规划：根据仿射变换要求，求解每个轴的运动路径；同时，对一个轴进行运动规划，并根据运动路径得出其余轴的运动规划，所有运动规划都满足每个轴的饱和限制条件，从而确保X光成像清晰，成像仿射变化偏差最小；

B、由于上述的X\Y\R的运动控制模型具有一定的相似性，因此统一写成这里y为输出的位移，包括X方向，Y方向以及转动角度θ，与不确定干扰力矩F_f相关；在同一周期内对该系统设计控制器，以消除干扰：

设定周期[0,T]，在该周期中设计控制律为：

$u=(k_1+k_2)e+k_2\underset{0}{\overset{t}{\∫}}e\left(\mathrm{\δ}\right)d\mathrm{\δ}+k_3\stackrel{\·}{e}+\stackrel{\‾}{P}\stackrel{\·\·}{y_d}+\stackrel{\‾}{Q}\stackrel{\·}{y_d}$

其中e＝y_d-y为误差，为估计值；

引入变量得到系统闭环的状态方程为

$P\stackrel{\·\·}{e}+Q\stackrel{\·}{e}+k_{1}e+k_2\mathrm{\ν}+k_3\stackrel{\·}{e}-(P-\stackrel{\‾}{P})\stackrel{\·\·}{y_d}-(Q-\stackrel{\‾}{Q})\stackrel{\·}{y_d}-G\left(\stackrel{\·}{y}\right)=0;$

通过选取Lyapunov函数可知闭环系统鲁棒稳定；输入前面测量的结果，并通过调节控制律的参数k₁,k₂,k₃即可控制系统各轴的高精度运转。