第二天拂晓,陈延森缓缓睁开眼。
叶秋萍睡在身旁,呼吸均匀悠长,半透明的真丝睡裙下,身材曲线隐约可见,实力雄厚。
陈延森掀开被角,穿上拖鞋向外走去。
地板上随意丢着一套慢羊羊和青蛇的Cos服,旁边还放着一节会动的尾巴。
走进书房,他打开电脑,像往常一样先查看各子公司的核心经营指标,待确认没有问题后,才着手处理邮件。
因此,不到十分钟,他就忙完了手头工作。
“嗡”的一声!
桌子上的手机震动了一下。
陈延森拿起来一看,是宋允澄发来的信息,他略一思索,回复了一个“好”字。
上午八点五十,他准时赶到光学研发中心,领着算法组的成员简单开了个短会,便投入到接下来的工作中。
掩膜台的超精密运动控制技术,需要纳米级精度的运动控制算法和软件来支撑。
陈延森在吃透该项技术的核心后,设计了一种复合控制架构,采用“前馈反馈扰动补偿”的三层结构。
首先,基于运动轨迹的加速度前馈和摩擦前馈,补偿系统滞后。
说人话就是提前预判,主动发力!
就像老司机看到前面有坡,提前踩油门加速,而不是等车速降下来才反应。
加速度前馈的含义是,依托事先规划好的路线,比如要加速到多少、什么时候减速,先给电机“发指令”,让它在该用力的时候用力,避免动作滞后。
而摩擦前馈则是,既然知道机器运行时零件间会产生摩擦,类似车胎与地面之间有阻力,那就预先计算出克服这份摩擦所需的额外作用力,进而保障机器动作的精准度。
其次,使用PID加LQR的混合控制方式。
换而言之,即实时修正,盯着目标调整。
好比开车时盯着仪表盘,发现速度快了就松油门,慢了就踩一点,随时修正偏差。
PID是工业控制中最常用的一种控制算法,说白了就是一套“根据误差来调整行动”的规则,能让设备的运行状态稳定在目标值上。
LQR即线性二次调节器,是一种更为智能的自动控制算法。
以机械臂精准停到指定位置为例,普通控制方式只能通过紧盯“当前位置与目标位置的偏差”来进行调整。
而LQR能够同时考量多个因素,比如当前位置偏离了多少、移动速度是否合适、电机输出的力矩大小、零件是否会因受力过大产生晃动等。
一旦将这项技术突破到纳米级别,它不仅能用于掩膜台的制造,还能应用于机器人运动控制以及卫星姿态调整等场景。
最后是扰动补偿技术,它通过扩展卡尔曼滤波器估算外部扰动的数值,并实时进行抵消。
就像开车时突然刮来一阵风,方向盘会抖一下,司机要立刻微调稳住方向。
扩展卡尔曼滤波器就如同一个“敏感传感器高效计算器”的组合,能快速察觉到外界的突发干扰,然后立刻算出力量补偿,从而抵消这些干扰的影响,确保精度不受影响。
当这三种方式配合使用,整套控制逻辑就像一位擅长预判、精通精细调节且抗干扰能力出色的超级司机,既能让机器动作又快又准,还能面对各种小干扰,将精度稳定控制在纳米级别。
实际上,国内的一众高校和科研院所,如哈工大、清华、华科自动化研究所等,在PID、LQR、卡尔曼滤波等经典控制算法上已有深入研究,并发表了大量相关论文。
当前算法大多仅完成了仿真或小范围实验,还没有在高精度运动平台上经历过应用层面的验证。
理论模型与实际机械非线性之间的匹配经验存在严重欠缺!
并且就摩擦、间隙的补偿而言,目前只能做到微米级。
制约该项技术实现极速突破的主要原因在于,精密轴承、气浮组件、高稳定性电源等关键配套产品的国产化率过低,且性能与国外产品存在较大差距,这使得在进行系统集成时,极难跨越精度瓶颈。
即便陈延森每天都把普朗克时钟的天赋拉到极限,前路依旧困难重重。
刚解决完A问题,转眼又冒出一个B问题,再次把路堵得死死的。
可在一帮行业顶尖专家看来,陈延森的能力已属妖孽,仅凭一己之力,就研发出了更先进的控制算法。
换作他们,没个七八年时间都琢磨不出来。
结果半个月不到,这群各地自动化研究所的博士、教授和院士们,对陈延森的称呼也从“陈总”、“陈老板”变成了“陈先生”。
一些能放得下脸面的人,甚至喊起了“陈老师”。
其中就有哈工大的章延杰,再过四年就奔五十岁了,却整天围着陈延森打转,一口一个陈老师的叫着。
这时,章延杰抱着一台笔记本电脑凑到陈延森的面前问道:“陈老师,您昨天说的扰动补偿算法流程图,我回去想了半宿,有个地方还是没吃透。”
他顿了顿又说:“扩展卡尔曼滤波器在估算外部扰动时,怎么平衡响应速度和估算精度?我按您给的参数做仿真,响应快了,误差就飘到200纳米以上,想把误差压到50纳米以下,响应速度又变慢了,遇上突发的扰动情况,根本来不及补偿。”
陈延森停下脚步,紧盯着屏幕看了几十秒,随即开口说道:“老章,你看这条扰动曲线,外部干扰不是恒定的,比如气浮组件的压力波动,有时候是高频小幅度的,有时候是低频大幅度的。
你之前用的是固定增益的卡尔曼滤波器,自然没法兼顾速度和精度,可以加个自适应增益模块,让滤波器自己判断扰动类型。
高频小扰动时,把增益调大,加快响应;低频大扰动时,降低增益,减少误差。
我昨天做了组仿真,用这个逻辑,响应时间能控制在10毫秒以内,误差能稳定在20纳米以下,你今天试试这组参数。”
章延杰眉心深蹙,过了好一会儿,才拍着大腿喊道:“对啊!我怎么没想到要分扰动类型调整增益!”
有些技术障碍,其实就像一层窗户纸,一捅就破。
可要是没人点拨,说不定就得在门口绕上数月、乃至数年的弯路。
听到动静,周围几个埋头干活的研发工程师也围了过来。
清华自动化系的李拓扑指着图上的模块问道:“这个自适应增益的阈值该如何设定?如果对扰动类型判断失误,会不会反过来影响精度?”
其他几人的脸上,同样带着好奇。
陈延森微微颔首,拉过一把椅子坐下,直接用章延杰的电脑调出了一组实验数据:“可以用前500毫秒的扰动数据做特征提取,比如频率超过100Hz、幅度小于0.5纳米的,归为高频小扰动;
频率低于50Hz、幅度大于1纳米的,归为低频大扰动,中间模糊地带的,用加权算法平衡增益,这样判断准确率能达到98以上,基本不会出错。”
几名来自清华自动化系的教授听后,眼前一亮,不由地咽了咽口水。
哈工大的几位博士面面相觑,眼中闪过一抹震惊之色。
与陈延森接触的越多,就越能感觉到世界的参差、人与人之间的差距,以及自身能力的渺小。
章延杰暗暗叹了一口气,他心里清楚,若没有陈延森,他们这伙人即便凑在一起钻研,在运动控制算法的研究上,恐怕也很难有什么进展。
正说着,轴承组的一名科研人员捏着一份检测报告跑了进来,脸上满是兴奋:“陈总,气浮导轨的测试结果出来了!这款陶瓷气浮轴承的平面度误差控制在了30纳米,比之前用的进口轴承还低5纳米,而且经过24小时连续运行测试,温升只有0.6摄氏度,稳定性完全达标。”
陈延森接过报告,翻到数据页,嘴角微扬,露出一抹淡笑。
符合预期就好!
气浮组件是掩膜台运动的核心部件,以前的局面是买不到、造不出。
如今,时代彻底变了!
随后,陈延森看向章延杰说道:“你跟运动控制组对接下,用新的气浮轴承重新做一次整机测试。”
“好,我马上去。”章延杰拿起电脑和测试报告,乐呵呵地快步离开。
若是让哈工大的一众博士生看见,非得惊掉下巴不可。
因为此时的章延杰态度谦逊,完全不是平日里在学校的严肃模样。
随着星源科技掌握的专利技术越来越多,安国协会对于陈延森的调查也越来越细。
远在燕京的李青松,随手翻动着陈延森的调查报告,最终轻轻一笑,将文件锁进了柜子里。
另一边。
一周时间转瞬即逝,到了周五下午四点,陈延森换下实验服,走出研发中心,坐进红旗L5的后排,随后示意老黄开车前往机场。