CN111506020B - 抑制机械运动结构振动的方法及系统 - Google Patents

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CN111506020B CN202010356503.8A CN202010356503A CN111506020B CN 111506020 B CN111506020 B CN 111506020B CN 202010356503 A CN202010356503 A CN 202010356503A CN 111506020 B CN111506020 B CN 111506020B
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Abstract

本发明涉及一种抑制机械运动结构振动的方法及系统。包括：分别获取机械运动结构运动过程中X、Y、Z三轴的加速度信号；对加速度信号进行傅里叶分析分别获取三轴振动频率与振动幅值之间的曲线关系；根据所述曲线关系获取三轴中最高振动幅值的频率ωd1；根据ωd1所在轴的加速度信号获取ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；根据ωd1和ζ1获取ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；使用所述参数修正机械运动结构的运动。本方案通过ωd1和ζ1获取ωd1所在轴的输入指令整形器的参数，使用获取的输入指令整形器的参数修正机械运动结构的运动后，可以达到消除振动对机械运动结构运动的影响，提高机械运动结构的定位精度和机械运动结构的稳定性。

Description

抑制机械运动结构振动的方法及系统
技术领域
本发明涉及机械控制技术领域，特别是涉及一种抑制机械运动结构振动的方法及一种抑制机械运动结构振动的系统。
背景技术
随着交流伺服系统应用的日趋广泛，工业生产线上的自动化装配、加工过程中，往往要求末端执行机构具备较强的快速定位能力。但是由于末端执行器的柔性连接，导致其在运动结束后出现长时间的残余振动，并且高速、高加速运动的情况下更为明显，大幅降低了末端执行器的定位精度和收敛速度，甚至会影响控制系统的稳定性。同时，一些末端执行器抓取工件的质量或惯量变化，会导致残余振动的频率发生变化。
输入指令整形器是一种能够有效抑制执行机构末端残余振动的控制方法，由于其不需要改变系统的结构，也不会影响系统稳定性，在工业上得到了广泛的应用。
典型的输入指令整形器的设计方法是用户在末端执行器安装昂贵的加速度传感器采集加速度信号，采集信号后，离线使用matlab或其他软件对信号进行FFT分析，然后粗略的设计输入指令整形器参数，在运动控制系统中设置生效后，让末端执行器再次运动，判断输入指令整形器的作用偏大或偏小，然后对参数进行调整，重复几次调整后，找到最优的参数值。这种方法不仅需要昂贵的传感器，及其信号放大器，而且还需要离线对信号进行分析，效率较低，同时不能达到最优的效果。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种新的抑制机械运动结构振动的方法及系统。
一种抑制机械运动结构振动的方法,所述方法包括：
分别获取所述机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号；
对X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；
根据X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1；
根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；
根据频率ωd1和阻尼系数ζ1，获取频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；
使用所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动。
在其中一个实施例中，根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1的步骤包括：
根据振动方程
Figure GDA0003109249330000021
获取加速度
Figure GDA0003109249330000027
与时间t之间的关系：
Figure GDA0003109249330000022
根据频率ωd1、频率ωd1所在轴的加速度信号和所述加速度
Figure GDA0003109249330000023
与时间t之间的关系，获取无约束函数最小的阻尼系数ζ1；
其中，
Figure GDA0003109249330000024
x表示位移，x0表示初始位移，
Figure GDA0003109249330000025
表示相位角，ζ(0<ζ<1)和ωn分别是加速度
Figure GDA0003109249330000026
对应轴的阻尼系数和固有频率。
在其中一个实施例中，根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1的步骤包括：
根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，分别获取X轴最高振动幅值、Y轴最高振动幅值、Z轴最高振动幅值的频率，这三个频率中振动幅值最高的频率记为频率ωd1，振动幅值第二高和第三高的分别记为频率ωd2和频率ωd3；
根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1的步骤还包括：
分别根据所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd2所在轴的阻尼系数ζ2和所述频率ωd3所在轴的阻尼系数ζ3；
根据频率ωd1和阻尼系数ζ1，获取频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数的步骤还包括：
根据频率ωd2和阻尼系数ζ2，获取频率ωd2所在轴的输入指令整形器的参数；
根据频率ωd3和阻尼系数ζ3，获取频率ωd3所在轴的输入指令整形器的参数。
在其中一个实施例中，所述频率ωd1为低频段最高振动幅值的频率。
在其中一个实施例中，使用所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动的步骤包括：根据所述输入指令整形器的参数得到控制机械运动结构运动的非递归型滤波器参数或递归滤波器参数。
在其中一个实施例中，所述输入指令整形器的参数为零振动整形器类型的输入指令整形器参数，所述输入指令整形器的参数为
Figure GDA0003109249330000031
其中，
Figure GDA0003109249330000032
ζ(0<ζ<1)和ωn分别是频率ωd1所在轴的阻尼系数和固有频率。
在其中一个实施例中，所述输入指令整形器的参数为极不灵敏输入整形器类型或倒数零振动整形器类型的输入指令整形器参数。
上述抑制机械运动结构振动的方法，包括：分别获取所述机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号；对所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1；根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；使用所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动。本方案通过获取机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号后，对获取的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系，然后根据获得的曲线关系得到X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1，再根据频率ωd1所在轴的加速度信号获取该轴对应的阻尼系数ζ1，根据频率ωd1和阻尼系数ζ1，即可获取频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数，使用获取的输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动后，可以达到消除振动对机械运动结构运动的影响，提高机械运动结构的定位精度和机械运动结构的稳定性，并且通过本方案能直接获取消除振动最佳的输入指令整形器的参数，具有效率高的特点。
一种抑制机械运动结构振动的系统，包括：
测量模块，所述测量模块用于分别测量机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号；
计算模块，所述计算模块用于获取所述测量模块测量得到的所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号，并对所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；所述计算模块还用于根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取最高振动幅值的频率ωd1，并根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；所述计算模块还用于根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；
其中，所述机械运动结构的运动模块根据所述计算模块获取的所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动。
在其中一个实施例中，所述计算模块还用于根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，分别获取X轴最高振动幅值、Y轴最高振动幅值、Z轴最高振动幅值的频率，这三个频率中振动幅值最高的频率记为频率ωd1，振动幅值第二高和第三高的分别记为频率ωd2和频率ωd3；所述计算模块还用于根据所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的加速度信号，分别获取所述频率ωd2所在轴的阻尼系数ζ2和所述频率ωd3所在轴的阻尼系数ζ3；所述计算模块还用于根据所述频率ωd2、所述阻尼系数ζ2和所述频率ωd3、所述阻尼系数ζ3，分别获取所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的输入指令整形器的参数。
在其中一个实施例中，所述频率ωd1为低频段最高振动幅值的频率。
在其中一个实施例中，所述测量模块是微机电系统加速度传感器、压电式加速度传感器中的至少一种。
上述抑制机械运动结构振动的系统，包括：测量模块，所述测量模块用于分别测量机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号；计算模块，所述计算模块用于获取所述测量模块测量得到的所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号，并对所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；所述计算模块还用于根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取最高振动幅值的频率ωd1，并根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；所述计算模块还用于根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；其中，所述机械运动结构的运动模块根据所述计算模块获取的所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动。本系统通过测量模块获取机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号后，通过计算模块获取所述测量模块测量得到的所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号，并获取的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系，然后根据获取的曲线关系得到X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1，再根据频率ωd1所在轴的加速度信号获取该轴对应的阻尼系数ζ1，根据频率ωd1和阻尼系数ζ1，即可获取频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数，机械运动结构的运动模块根据所述计算模块获取的所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动后，可以达到消除振动对机械运动结构运动的影响，提高机械运动结构的定位精度和机械运动结构的稳定性，并且通过本方案能直接获取消除振动最佳的输入指令整形器的参数，具有效率高的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一个实施例中抑制机械运动结构振动的方法的流程图；
图2为一实施例中最高振动幅值的频率ωd1所在轴的振动频率与振动幅值之间的曲线关系图；
图3为一实施例中获取频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1的方法的流程图；
图4为一个实施例中抑制机械运动结构振动的系统的框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的属于“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，在一个实施例中，提供一种抑制机械运动结构振动的方法,所述方法包括：
S102，分别获取所述机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号。
在一个实施例中，通过在机械运动结构上安装微机电系统加速度传感器来采集机械运动结构末端的加速度信号。微机电系统加速度传感器(MEMS传感器)是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与使用传统的精密加速度传感器采集机械运动结构末端的加速度信号相比，采用微机电系统加速度传感器在采集机械运动结构末端的加速度信号可以达到相同的测量精度，并且微机电系统加速度传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。通过在机械运动结构上安装微机电系统加速度传感器来采集机械运动结构末端的加速度信号在获取同样精度的加速度信号的同时降低了成本。
在一个实施例中，通过在机械运动结构上安装压电式加速度传感器来采集机械运动结构末端的加速度信号。
S104，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系。
对X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系。
S106，获取X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1。
根据X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1。如图2所示，为一实施例中，最高振动幅值的频率ωd1所在轴的振动频率与振动幅值之间的曲线关系。
S108，获取频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1。
根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1。
如图3所示，在一个实施例中，步骤S108包括：
S202，根据振动方程获取加速度和时间之间的关系。
根据振动方程
Figure GDA0003109249330000081
获取加速度
Figure GDA0003109249330000082
与时间t之间的关系
Figure GDA0003109249330000083
其中，
Figure GDA0003109249330000084
x表示位移，x0表示初始位移，
Figure GDA0003109249330000085
表示相位角，ζ(0<ζ<1)和ωn分别是加速度
Figure GDA0003109249330000086
对应轴的阻尼系数和固有频率。
具体为，首先，根据振动方程：
Figure GDA0003109249330000087
得出位移x与时间t的表达式：
Figure GDA0003109249330000088
其中，
Figure GDA0003109249330000089
x表示位移，x0表示初始位移，
Figure GDA00031092493300000810
表示相位角，ζ(0<ζ<1)和ωn分别是加速度
Figure GDA00031092493300000811
对应轴的阻尼系数和固有频率。
然后，由位移x与时间t的表达式分别得到速度
Figure GDA00031092493300000812
与时间t、加速度
Figure GDA00031092493300000813
与时间t之间的表达式：
Figure GDA00031092493300000814
Figure GDA00031092493300000815
其中，x0表示初始位移，
Figure GDA00031092493300000816
表示相位角，ζ(0<ζ<1)和ωn分别是加速度
Figure GDA00031092493300000817
对应轴的阻尼系数和固有频率。
S204，根据频率ωd1、所述频率ωd1所在轴的加速度信号和所述加速度
Figure GDA00031092493300000818
与时间t之间的关系，获取无约束函数最小的阻尼系数ζ1。
根据频率ωd1、所述频率ωd1所在轴的加速度信号和所述加速度
Figure GDA00031092493300000819
与时间t之间的表达式可以得到初始位移x0、阻尼系数ζ、相位角
Figure GDA00031092493300000820
之间的多元无约束非线性函数，通过无约束最优化方法求解该多元无约束非线性最优化问题，得到使无约束函数最小的最佳参数x0，ζ，
Figure GDA00031092493300000821
此时的阻尼系数的最佳参数即是频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1。
S110，根据频率ωd1和阻尼系数ζ1，获取频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数。
在一个实施例中，所述输入指令整形器的参数为零振动整形器类型的输入指令整形器参数，所述输入指令整形器的参数为
Figure GDA0003109249330000091
其中，
Figure GDA0003109249330000092
ζ(0<ζ<1)和ωn分别是频率ωd1所在轴的阻尼系数和固有频率。
在一个实施例中，所述输入指令整形器的参数为极不灵敏输入整形器类型或倒数零振动整形器类型的输入指令整形器参数。
在一个实施例中，步骤S106包括：根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，分别获取X轴最高振动幅值、Y轴最高振动幅值、Z轴最高振动幅值的频率，这三个频率中振动幅值最高的频率记为频率ωd1，振动幅值第二高和第三高的分别记为频率ωd2和频率ωd3。
步骤S108还包括：
分别根据所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd2所在轴的阻尼系数ζ2和所述频率ωd3所在轴的阻尼系数ζ3。
步骤S110还包括：
根据频率ωd2和阻尼系数ζ2，获取频率ωd2所在轴的输入指令整形器的参数；根据频率ωd3和阻尼系数ζ3，获取频率ωd3所在轴的输入指令整形器的参数。
在一个实施例中，所述频率ωd1和/或所述频率ωd2和/或所述频率ωd2为低频段最高振动幅值的频率。
在一个实施例中，低频段指的是频率大于0Hz且小于等于30Hz的频率段。S112，使用所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动。
在一个实施例中，步骤S112包括：根据所述输入指令整形器的参数得到控制机械运动结构运动的非递归型滤波器参数或递归滤波器参数。
具体为，机械运动结构中的运动控制卡或启动器获取所述输入指令整形器的参数后，得到非递归型滤波器参数或递归滤波器参数，通过使用得到的非递归型滤波器参数或递归滤波器参数控制机械运动结构的运动，即可有效降低机械末端的振动对机械运动结构的运动的影响。
上述抑制机械运动结构振动的方法，包括：分别获取所述机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号；对所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1；根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；使用所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动。本方案通过获取机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号后，对获取的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系，然后根据获得的曲线关系得到X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1，再根据频率ωd1所在轴的加速度信号获取该轴对应的阻尼系数ζ1，根据频率ωd1和阻尼系数ζ1，即可获取频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数，使用获取的输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动后，可以达到消除振动对机械运动结构运动的影响，提高机械运动结构的定位精度和机械运动结构的稳定性，并且通过本方案能直接获取消除振动最佳的输入指令整形器的参数，具有效率高的特点。
如图4所示，在一个实施例中，提供一种抑制机械运动结构振动的系统，包括：
测量模块102，测量模块102用于分别测量机械运动结构104运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号。
计算模块106，计算模块106用于获取测量模块102测量得到的所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号，并对所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；计算模块106还用于根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取最高振动幅值的频率ωd1，并根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；计算模块106还用于根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数。
其中，所述机械运动结构104的运动模块根据计算模块106获取的所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动。
在一个实施例中，机械运动结构中的运动模块为具有输入指令整形功能的运动控制卡，具有输入指令整形功能的运动控制卡根据获取的所述输入指令整形器的参数得到非递归型滤波器参数或递归滤波器参数后，使用得到的非递归型滤波器参数或递归滤波器参数控制机械运动结构的运动，即可有效降低机械末端的振动对机械运动结构的运动的影响。
在一个实施例中，计算模块106还用于根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，分别获取X轴最高振动幅值、Y轴最高振动幅值、Z轴最高振动幅值的频率，这三个频率中振动幅值最高的频率记为频率ωd1，振动幅值第二高和第三高的分别记为频率ωd2和频率ωd3；计算模块106还用于根据所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的加速度信号，分别获取所述频率ωd2所在轴的阻尼系数ζ2和所述频率ωd3所在轴的阻尼系数ζ3；计算模块106还用于根据所述频率ωd2、所述阻尼系数ζ2和所述频率ωd3、所述阻尼系数ζ3，分别获取所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的输入指令整形器的参数。
在一个实施例中，所述输入指令整形器的参数为极不灵敏输入整形器类型或倒数零振动整形器类型的输入指令整形器参数。
在一个实施例中，所述频率ωd1和/或所述频率ωd2和/或所述频率ωd2为低频段最高振动幅值的频率。
在一个实施例中，低频段指的是频率大于0Hz且小于等于30Hz的频率段
在一个实施例中，测量模块102是微机电系统加速度传感器、压电式加速度传感器中的至少一种。
上述抑制机械运动结构振动的系统，包括：测量模块，所述测量模块用于分别测量机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号；计算模块，所述计算模块用于获取所述测量模块测量得到的所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号，并对所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；所述计算模块还用于根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取最高振动幅值的频率ωd1，并根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；所述计算模块还用于根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；其中，所述机械运动结构的运动模块根据所述计算模块获取的所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动。本系统通过测量模块获取机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号后，通过计算模块获取所述测量模块测量得到的所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号，并获取的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系，然后根据获取的曲线关系得到X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1，再根据频率ωd1所在轴的加速度信号获取该轴对应的阻尼系数ζ1，根据频率ωd1和阻尼系数ζ1，即可获取频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数，机械运动结构的运动模块根据所述计算模块获取的所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动后，可以达到消除振动对机械运动结构运动的影响，提高机械运动结构的定位精度和机械运动结构的稳定性，并且通过本方案能直接获取消除振动最佳的输入指令整形器的参数，具有效率高的特点。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种抑制机械运动结构振动的方法,所述方法包括：
分别获取所述机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号；
对所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；
根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1；
根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；
根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；
使用所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动；
其中，所述根据所述频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1的步骤包括：
根据振动方程
Figure FDA0003109249320000011
获取加速度
Figure FDA0003109249320000012
与时间t之间的关系
Figure FDA0003109249320000013
根据所述频率ωd1、所述频率ωd1所在轴的加速度信号和所述加速度
Figure FDA0003109249320000016
与时间t之间的关系，获取无约束函数最小的阻尼系数ζ1；
其中，
Figure FDA0003109249320000014
x表示位移，x0表示初始位移，
Figure FDA0003109249320000015
表示相位角，ζ和ωn分别是加速度
Figure FDA0003109249320000017
对应轴的阻尼系数和固有频率，0<ζ<1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取X轴、Y轴、Z轴中最高振动幅值的频率ωd1的步骤包括：
根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，分别获取X轴最高振动幅值、Y轴最高振动幅值、Z轴最高振动幅值的频率，这三个频率中振动幅值最高的频率记为频率ωd1，振动幅值第二高和第三高的分别记为频率ωd2和频率ωd3；
所述根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1的步骤还包括：
分别根据所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd2所在轴的阻尼系数ζ2和所述频率ωd3所在轴的阻尼系数ζ3；
所述根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数的步骤还包括：
根据所述频率ωd2和所述阻尼系数ζ2，获取所述频率ωd2所在轴的输入指令整形器的参数；
根据所述频率ωd3和所述阻尼系数ζ3，获取所述频率ωd3所在轴的输入指令整形器的参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率ωd1为低频段最高振动幅值的频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动的步骤包括：根据所述输入指令整形器的参数得到控制机械运动结构运动的非递归型滤波器参数或递归滤波器参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入指令整形器的参数为零振动整形器类型的输入指令整形器参数，所述输入指令整形器的参数为
Figure FDA0003109249320000021
其中，
Figure FDA0003109249320000022
ζ和ωn分别是频率ωd1所在轴的阻尼系数和固有频率，0<ζ<1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入指令整形器的参数为极不灵敏输入整形器类型或倒数零振动整形器类型的输入指令整形器参数。
7.一种抑制机械运动结构振动的系统，其特征在于，所述系统包括：
测量模块，所述测量模块用于分别测量机械运动结构运动过程中X轴、Y轴、Z轴的加速度信号；
计算模块，所述计算模块用于获取所述测量模块测量得到的所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号，并对所述X轴、Y轴、Z轴的加速度信号进行傅里叶分析，分别获取X轴、Y轴、Z轴对应的振动频率与振动幅值之间的曲线关系；所述计算模块还用于根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，获取最高振动幅值的频率ωd1，并根据频率ωd1所在轴的加速度信号，获取所述频率ωd1所在轴的阻尼系数ζ1；所述计算模块还用于根据所述频率ωd1和所述阻尼系数ζ1，获取所述频率ωd1所在轴的输入指令整形器的参数；
其中，所述机械运动结构的运动模块根据所述计算模块获取的所述输入指令整形器的参数修正所述机械运动结构的运动，根据振动方程
Figure FDA0003109249320000031
Figure FDA0003109249320000032
获取加速度
Figure FDA0003109249320000033
与时间t之间的关系
Figure FDA0003109249320000034
Figure FDA0003109249320000035
根据所述频率ωd1、所述频率ωd1所在轴的加速度信号和所述加速度
Figure FDA0003109249320000038
与时间t之间的关系，获取无约束函数最小的阻尼系数ζ1；其中，
Figure FDA0003109249320000036
x表示位移，x0表示初始位移，
Figure FDA0003109249320000037
表示相位角，ζ和ωn分别是加速度
Figure FDA0003109249320000039
对应轴的阻尼系数和固有频率，0<ζ<1。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述计算模块还用于根据所述X轴、Y轴、Z轴对应的曲线关系，分别获取X轴最高振动幅值、Y轴最高振动幅值、Z轴最高振动幅值的频率，这三个频率中振动幅值最高的频率记为频率ωd1，振动幅值第二高和第三高的分别记为频率ωd2和频率ωd3；所述计算模块还用于根据所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的加速度信号，分别获取所述频率ωd2所在轴的阻尼系数ζ2和所述频率ωd3所在轴的阻尼系数ζ3；所述计算模块还用于根据所述频率ωd2、所述阻尼系数ζ2和所述频率ωd3、所述阻尼系数ζ3，分别获取所述频率ωd2和所述频率ωd3所在轴的输入指令整形器的参数。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述频率ωd1为低频段最高振动幅值的频率。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述测量模块是微机电系统加速度传感器、压电式加速度传感器中的至少一种。
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