本发明涉及多轴并行控制系统领域，更具体地说，本发明涉及一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统。
背景技术：
1、多轴并行控制是现代工业自动化和精密制造中的关键技术，广泛应用于机器人控制、数控机床、工业自动化设备等领域。在多轴并行控制系统中，多个轴或伺服电机需要同时运行，并精确协调它们的运动轨迹，以实现复杂的加工、组装或操作任务。为了确保各轴在运行过程中保持一致性，系统依赖于精确的反馈机制和同步控制算法。然而，随着控制任务的复杂性增加和环境的不确定性，多轴系统在保持高精度和高响应速度方面面临着挑战，尤其是在协调多个运动轴时，系统的同步性和稳定性尤为重要。
2、在实际应用中，多轴系统常常受到各轴反馈回路中传感器精度和响应速度差异的影响，进而导致异步反馈增益错配问题。异步反馈增益错配是指在多轴系统中，由于各轴的反馈信号不同步，传感器精度不足或响应速度不一致，使得反馈数据在误差补偿模块中计算出的增益参数无法精确匹配各轴的动态特性。这种问题会导致伺服控制模块在执行调整时出现偏差，特别是在多轴同步操作中，更容易引发部分轴的控制精度下降和系统的不稳定性。
3、现有技术主要依赖于固定增益参数或简单的自适应控制算法，难以应对多轴系统中复杂的动态变化和外部扰动。这些技术在应对多轴间反馈回路中的误差积累和实时性差异方面存在不足，常常导致系统在高动态条件下表现不佳，尤其是在同步操作时，部分轴的增益调整滞后或过度，进而引发控制精度的下降和系统不稳定的情况。这些不足限制了现有多轴并行控制系统在复杂工业环境中的应用和扩展。
4、为了解决上述问题，现提供一种技术方案。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，通过集成反馈监测单元、耦合分析单元、增益调整单元和优先级分配单元，实现了多轴并行控制系统中的动态增益调整与优化控制。反馈监测单元通过实时捕捉各轴反馈数据的时频同步性，有效识别并量化了系统中的潜在同步问题，确保系统在复杂动态环境下的协调性和稳定性。耦合分析单元通过综合分析各轴之间的相位耦合关系与增益响应特性，生成精确的增益失配预警指数，为系统的增益调整提供了实时指引。增益调整单元进一步通过动态调整机制，确保增益参数与各轴的实际运行状态高度匹配，显著提升了系统的响应速度和控制精度。优先级分配单元则在动态调整的基础上，优化了多轴系统的控制优先级分配，提升了资源利用效率，确保了系统在复杂操作环境中的统一控制与高效运行。通过这些单元的协同工作，本发明能够有效避免异步反馈增益错配问题，全面提升多轴协同控制系统的整体性能与可靠性，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，包括：反馈监测单元、耦合分析单元、增益调整单元和优先级分配单元。
4、反馈监测单元实时监测各轴反馈数据，通过时域相关性和频域相位差分析结果，构建各轴间的时频融合同步系数，将时频融合同步系数传递至耦合分析单元。
5、耦合分析单元通过提取时频融合同步系数的相位耦合关系和增益响应特性，获得时频交叉耦合指数和动态增益适配因子，构建反馈增益失配预警指数，量化各轴之间增益参数的错配风险，将反馈增益失配预警指数和错配风险结果传递至增益调整单元。
6、增益调整单元基于反馈增益失配预警指数计算各轴的增益调整参考值，调整增益参数，使其与各轴的运行状态相匹配，并实施动态增益调整，实时调整各轴的增益参数，将动态增益参数传递至优先级分配单元。
7、优先级分配单元将动态调整后的增益参数与反馈数据同步性评估结果结合，重新分配各轴的控制优先级，优化多轴协同运行的协调性。
8、在一个优选的实施方式中，反馈监测单元的运行过程包括以下内容：
9、s1.1，各轴通过传感器采集实时反馈数据，数据类型包括位置、速度、加速度，反馈数据的采集频率为，并通过统一的数据传输通道发送至中央控制模块；每个数据点均附加时间戳，以标识数据采集的具体时刻，时间戳标记为，其中表示轴的编号，表示数据采集的时间。
10、s1.2，各轴数据采集模块与中央控制模块保持时间同步，采用全局同步时钟机制，实现统一时间基准的建立；每个时间点的时间戳通过同步校正因子进行修正，修正后的时间戳表达式为：；其中，是修正后的时间戳，确保时间同步性，通过对各轴时钟偏差的精确测量获得，计算公式为：；其中，为当前数据点的时间偏差，为系统允许的最大时间误差，为数据采集频率。
11、s1.3，反馈数据位置、速度、加速度经过非线性变换，生成新的特征向量；特征向量通过以下非线性映射公式构建：
12、；
13、；
14、；
15、其中，、、是经过非线性变换后的位置、速度、加速度特征向量，、、、、、为非线性映射系数。
16、s1.4，在构建的特征空间内，反馈数据通过离散傅里叶变换从时域转换至频域，以识别数据中的频率成分和相位信息；频域特征通过以下公式计算：；其中，为第轴的频域特征，为频率变量，为数据点数量。
17、接着，计算各轴间的相位差矩阵，公式如下：；。
18、s1.5，通过时域相关性和频域相位差分析结果，构建各轴间的时频融合同步系数，公式为：；其中，为时域相关性矩阵中的元素，和为频率范围上下限。
19、在一个优选的实施方式中，耦合分析单元的运行过程包括以下内容：
20、s2.1，时频交叉耦合指数生成逻辑：
21、s2.1.1，对各轴的反馈数据进行初步的时频分析，将时频融合同步系数作为基础数据，对其进行短时傅里叶变换，生成时频矩阵；其中，表示时间，表示频率；公式：；其中，为时间窗函数，用于提取时刻的局部信号特征，为时频融合同步系数的离散时间点，为对应的频率。
22、s2.1.2，在时频矩阵的基础上，计算不同时刻和频率点之间的相位差矩阵，公式：；其中，和为不同时刻，和为不同频率点。
23、s2.1.3，利用计算出的相位差矩阵，构建时频交叉耦合矩阵，用于表示各轴反馈信号之间在时频域内的交互强度，公式：；其中，和分别表示时间和频率上的微小偏移量，表示时频矩阵中信号的幅度信息，用于将相位差转化为耦合强度指标。
24、s2.1.4，在时频交叉耦合矩阵的基础上，生成时频交叉耦合指数，通过对时频交叉耦合矩阵在整个频率范围内的积分，得到时频交叉耦合指数。
25、在一个优选的实施方式中，耦合分析单元的运行过程还包括以下内容：
26、s2.2，动态增益适配因子生成逻辑：
27、s2.2.1，基于时频融合同步系数对系统的初步增益响应进行分析，首先对反馈数据进行频域分析，生成增益响应频谱矩阵，其中表示时间窗口，表示频率；在每个时间窗口内，分析增益响应的频率特性，提取关键频率成分，形成基础数据矩阵；公式：；其中，为时频融合同步系数的离散时间点，为对应的频率。
28、s2.2.2，在增益响应频谱矩阵的基础上，计算频率增益偏移矩阵，用于衡量增益响应在频域内的偏移程度；公式：；其中，和分别表示时间和频率上的微小偏移量，计算的是相邻时间窗口内，增益响应在频率空间中的变化幅度。
29、s2.2.3，基于频率增益偏移矩阵，构建增益响应梯度矩阵，用于量化增益响应在频率空间中的变化梯度；公式：。
30、s2.2.4，在增益响应梯度矩阵的基础上，生成动态增益适配因子，通过对频域内增益梯度矩阵进行归一化处理，得到动态增益适配因子。
31、在一个优选的实施方式中，耦合分析单元的运行过程还包括以下内容：
32、s2.3，构建相位－增益协同映射模型，将时频交叉耦合指数的相位信息与动态增益适配因子进行协同映射；通过分析这两个指标在多维空间中的映射关系，识别增益失配的潜在风险；具体来说，将时频交叉耦合指数的相位成分映射到增益响应的变化曲线中，生成协同映射矩阵，用于捕捉相位波动对增益参数的影响；最后，通过映射矩阵的奇异值分解，获得的奇异值代表了相位成分与增益响应之间的主要关联模式；将奇异值进行非线性变换，通过对每个奇异值进行指数平滑处理，放大对增益失配风险有影响的关键模式，再将经过处理的奇异值累加，生成反馈增益失配预警指数。
33、在反馈增益失配预警指数生成后，将其与预警阈值进行比较；当反馈增益失配预警指数大于或等于预警阈值时，表示系统中的增益参数存在显著错配，此时生成调整信号；相反，当反馈增益失配预警指数小于预警阈值时，说明增益参数的匹配处于合理范围内，系统能够继续按照当前设定运行，无需进行增益参数的调整。
34、在一个优选的实施方式中，增益调整单元的运行过程包括以下内容：
35、s3.1，当获得调整信号后，基于反馈增益失配预警指数为每个轴计算增益调整参考值；首先，将各轴的反馈增益失配预警指数与系统的标准响应模型进行比较，标准响应模型反映了各轴在理想状态下的增益分布和动态响应特性；通过对比分析，计算每个轴的增益调整参考值，公式如下：；其中，表示增益调整参考值，为初始增益参数，为系统动态调整系数，为反馈增益失配预警指数，为时频融合同步系数。
36、s3.2，计算出增益调整参考值后，将其与实时的反馈数据进行动态融合，实时反馈数据包括当前位置、速度、加速度以及前一时刻的增益调整结果；通过卡尔曼滤波的融合算法，对反馈数据进行预测修正，并与计算出的增益调整参考值进行综合处理，公式如下：；其中，为动态增益参数，为卡尔曼增益，调节当前反馈数据与前一时刻增益调整结果的权重，为上一时刻的增益参数。
37、s3.3，动态融合后的增益参数将应用于各轴的实际控制过程中；每个控制周期内，伺服控制模块将获取更新后的动态增益参数，并将其应用到各轴的控制信号计算中，以确保每个轴的运动状态与预期轨迹高度一致；伺服控制信号计算公式如下：；其中，为控制信号，为误差信号，即目标位置与实际位置的差值。
38、s3.4，在增益参数调整后，持续监控各轴的反馈数据，并基于最新的反馈增益失配预警指数进行自适应调整；自适应调整基于递归最小二乘法，对增益参数估计进行在线更新，公式如下：；其中，为优化后的增益参数，为调整步长，和分别为实际响应和预期响应。
39、在一个优选的实施方式中，优先级分配单元的运行过程包括以下内容：
40、s4.1，在完成各轴增益参数的动态调整后，将调整后的增益参数与反馈数据的同步性评估结果进行综合分析；具体来说，将每个轴的动态增益参数与其对应的时频融合同步系数进行比较，评估增益调整后的反馈信号是否与系统的同步性要求相匹配。
41、s4.2，在确认反馈数据同步性后，将基于每个轴的同步性指标和动态增益参数，计算出各轴的控制优先级分配依据；分析各轴在当前运行状态下的重要性，因素包括每个轴的时频交叉耦合强度、动态增益响应速度，通过多维度的综合分析，生成控制优先级矩阵，用于量化各轴在当前控制任务中的优先级水平。
42、s4.3，根据控制优先级矩阵，将对各轴的控制优先级进行重新分配。
43、s4.4，在完成控制优先级的重新分配后，对多轴协同控制策略进行优化。
44、本发明一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统的技术效果和优点：
45、1.通过运行反馈监测单元，系统能够有效地捕捉和分析各轴反馈数据在时域与频域内的同步性，并以时频融合同步系数的形式量化这种同步性水平。该系数的实时更新和监控使得系统能够及时识别出各轴之间的潜在同步问题，并根据这些问题做出调整，确保系统在复杂运行环境中的协调性和稳定性。此外，时频融合同步系数的应用不仅提升了系统在动态操作条件下的控制精度，还为后续分析和优化提供了重要的数据基础，从而显著提高了多轴协同控制系统的整体性能和可靠性。
46、2.通过耦合分析单元的运行，能够有效识别和量化多轴并行控制系统中的增益失配风险。综合利用时频交叉耦合指数和动态增益适配因子，从相位协调性和增益动态适应性两个关键维度全面分析各轴之间的增益参数匹配情况。相位－增益协同映射模型的应用使得增益失配预警指数的生成更为精准，能够灵敏地捕捉到系统中增益参数的潜在错配风险，提供实时的调整指引。通过这一过程，系统的稳定性和响应能力得到显著提升，尤其是在复杂的动态环境中，系统能够更为精准地调整各轴的增益参数，确保多轴协同控制的高效运行，从而推动整体系统性能的提升。
47、3.通过运行增益调整单元，系统能够实时监控并调整各轴的增益参数，使其与系统的实际运行状态高度匹配。动态调整机制不仅提升了系统在复杂动态环境中的响应速度，还确保了多轴系统的整体协调性。自适应调整机制进一步优化了增益参数设置，减少了增益失配的风险，从而显著提高了系统的稳定性和控制精度。
48、4.运行优先级分配单元后，系统能够在动态调整增益参数的基础上，重新分配各轴的控制优先级，确保多轴系统在运行中的高度协调性。通过优化控制优先级的分配，系统能够更加有效地利用资源，提高整体运行效率，同时减少因优先级分配不当而导致的控制延迟和资源浪费。多轴系统在复杂操作环境中的统一控制得以实现，显著提升了系统的整体性能和稳定性。
1.一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，其特征在于，包括：反馈监测单元、耦合分析单元、增益调整单元和优先级分配单元；
2.根据权利要求1所述的一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种用于机电伺服的高速高精密多轴并行控制系统，其特征在于：
