Time-domain prefilter design for enhanced tracking and vibration suppression in machine motion control

Matthew O.T. Cole; Praween Shinonawanik; Theeraphong Wongratanaphisan

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Time-domain prefilter design for enhanced tracking and vibration suppression in machine motion control

机译：时域预滤波器设计可增强机器运动控制中的跟踪和振动抑制

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摘要

Structural flexibility can impact negatively on machine motion control systems by causing unmeasured positioning errors and vibration at locations where accurate motion is important for task execution. To compensate for these effects, command signal prefiltering may be applied. In this paper, a new FIR prefilter design method is described that combines finite-time vibration cancellation with dynamic compensation properties. The time-domain formulation exploits the relation between tracking error and the moment values of the prefilter impulse response function. Optimal design solutions for filters having minimum H2 norm are derived and evaluated. The control approach does not require additional actuation or sensing and can be effective even without complete and accurate models of the machine dynamics. Results from implementation and testing on an experimental high-speed manipulator having a Delta robot architecture with directionally compliant end-effector are presented. The results show the importance of prefilter moment values for tracking performance and confirm that the proposed method can achieve significant reductions in both peak and RMS tracking error, as well as settling time, for complex motion patterns.

机译：结构灵活性会在无法精确定位运动对任务执行很重要的位置造成无法测量的定位误差和振动，从而对机器运动控制系统产生负面影响。为了补偿这些影响，可以应用命令信号预滤波。本文介绍了一种新的FIR预滤波器设计方法，该方法将有限时间振动消除与动态补偿特性相结合。时域公式利用了跟踪误差与预滤波器脉冲响应函数的矩值之间的关系。推导并评估了H2范数最小的滤波器的最佳设计方案。该控制方法不需要额外的致动或检测，并且即使没有完整而准确的机器动力学模型也可以有效。给出了在具有Delta机器人架构且方向兼容的末端执行器的实验性高速机械手上实施和测试的结果。结果显示了预滤波器矩值对于跟踪性能的重要性，并证实了所提出的方法可以实现复杂运动模式的峰值和RMS跟踪误差以及建立时间的显着降低。

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来源
《Mechanical systems and signal processing》 |2018年第may1期|106-119|共14页
作者
Matthew O.T. Cole; Praween Shinonawanik; Theeraphong Wongratanaphisan;
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作者单位

Department of Mechanical Engineering, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand Centre for Mechatronic Systems and Innovation, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand;

Department of Mechanical Engineering, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand Centre for Mechatronic Systems and Innovation, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand;

Department of Mechanical Engineering, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand Centre for Mechatronic Systems and Innovation, Chiang Mai University, Chiang Mai 50200, Thailand;

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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Motion control; Command pre-filtering; Vibration; Tracking; Servo-control; Industrial robot; Flexible structure;

机译：运动控制;命令预过滤;振动;跟踪;伺服控制工业机器人;结构灵活;

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