[發(fā)明專利]伺服電機抗干擾補償控制系統(tǒng)及控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310007629.4
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN103095204A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 徐凱;劉善超;張穎;許強;徐文軒;劉楚紅;韓文康
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術領域

本發(fā)明涉及一種電動機控制技術，尤其涉及一種伺服電機抗干擾補償控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術

高性能伺服系統(tǒng)的運動控制理論是一個重要研究領域，其發(fā)展直接影響并帶動其它一些工業(yè)應用領域，如半導體加工、磁（光）存儲介質(zhì)加工、光學儀器、武器仿真及其它等領域（繪圖機、坐標測量機、視覺光學校正等系統(tǒng)）。

隨著技術的進步，現(xiàn)代工業(yè)對伺服系統(tǒng)的抗干擾能力、穩(wěn)定精度等提出了較高的要求。在實際應用過程中，伺服電機受到的干擾因素較多，如負載力矩、伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)、結構強度以及潤滑條件限制帶來的摩擦力矩等參數(shù)均會發(fā)生變化，因此，需要伺服控制系統(tǒng)具有對外部擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化有較強的抗擾能力；

通常伺服系統(tǒng)的抗干擾設計分為兩部分來獨立進行，即一部分用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的抗干擾能力，另一部分實現(xiàn)對摩擦力矩的補償。現(xiàn)有技術中，在閉環(huán)控制的基礎上采用“干擾觀測器（簡稱DOB）+LuGre摩擦模型補償”的控制方法得到了較廣泛應用。上述這種“模塊化”補償控制方法，有利于將補償控制問題分解到不同的領域，分別有針對性地加以解決；例如，中國專利200910077755.0公開的“一種基于干擾觀測器的高精度磁軸承軸向控制方法”，該方案提供了一種將DOB用于對外部擾動進行抑制的解決方案，但是，該方案中存在的問題是：基于DOB的伺服系統(tǒng)在擾動不大且系統(tǒng)模型參數(shù)變化不大的情況下，確實具有較高的動態(tài)性能及較高的跟蹤精度，但對于幅值變化較大、較快或不光滑的干擾，較難起到好的效果，此時伺服系統(tǒng)跟蹤的快速性將無法保障，因此，增強DOB對控制對象在大擾動和大范圍參數(shù)變化的魯棒性是亟待解決的問題。

對于直接驅(qū)動的機械伺服系統(tǒng)，摩擦力矩是影響高精度伺服位置控制跟蹤精度的主要因素；摩擦環(huán)節(jié)對伺服系統(tǒng)的不良影響主要體現(xiàn)在，穩(wěn)態(tài)時存在靜差或極限環(huán)振蕩、低速爬行現(xiàn)象、速度過零時發(fā)生跟蹤畸變，產(chǎn)生位置波形“平頂”現(xiàn)象。因此，現(xiàn)有技術中設置了摩擦補償環(huán)節(jié)來提高伺服系統(tǒng)的低速平穩(wěn)性和小信號跟蹤能力；現(xiàn)有技術中較常用的是LuGre摩擦模型，該模型是動態(tài)摩擦模型，該模型考慮了兩個接觸表面之間彈性剛毛的平均偏移來表征摩擦的動態(tài)行為，精確地描述了摩擦過程復雜的靜態(tài)和動態(tài)特性，如爬行、極限環(huán)振蕩、滑前變形、摩擦記憶、變靜摩擦以及靜態(tài)Stribeck曲線等。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術中的問題，發(fā)明人經(jīng)過深入研究后發(fā)現(xiàn)，在“DOB+LuGre摩擦模型補償”的控制方法基礎上，增加一個遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡（簡稱RFNN）前饋補償器，并通過模糊協(xié)調(diào)控制即可使RFNN和DOB輸出的控制信號相互協(xié)調(diào)和結合，從而輸出一個復合補償控制信號，利用該復合補償控制信號，一方面實現(xiàn)對外部大擾動和大范圍參數(shù)變化的補償，提高了系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性和跟蹤性能，另一方面由于RFNN具有較強的自調(diào)能力，在整個補償過程中始終有輸出信號參與控制，也能彌補LuGre模型摩擦補償?shù)牟粡氐缀推渌淮_定性干擾，從而更好地抑制非線性摩擦等影響，提高伺服控制系統(tǒng)的精度，具體方案是：

一種伺服電機抗干擾補償控制系統(tǒng)，包括電動機、伺服驅(qū)動、DSP和計算機，其中，DSP實時采集電動機的運行參數(shù)并根據(jù)運行參數(shù)進行相關處理獲得主控制信號，DSP將主控制信號輸出至伺服驅(qū)動，伺服驅(qū)動根據(jù)主控制信號調(diào)整電動機的運行狀態(tài)，計算機與DSP通信連接，計算機用于操作人員與DSP之間的人機對話；其改進在于：

所述DSP包括如下模塊：干擾觀測模塊、模糊協(xié)調(diào)控制模塊、遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡模塊、主控制模塊、摩擦補償模塊、預處理模塊和處理模塊；干擾觀測模塊、模糊協(xié)調(diào)控制模塊、遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡模塊、主控制模塊、摩擦補償模塊和預處理模塊均與處理模塊通信連接；

其中，預處理模塊對DSP輸出的主控制信號u(k-1)、給定位置信號θ^*(k)和電動機實際位置信號θ(k-1)進行連續(xù)采樣，并實時計算出如下參數(shù)：電動機給定位置信號與實際位置信號之間的誤差e(k)，即電動機位置信號誤差；時序上相鄰兩個誤差之間的誤差變化率即電動機位置信號誤差變化率；時序上相鄰兩個電動機實際位置信號之間的變化率即電動機位置信號變化率；前述的u(k-1)、θ(k-1)、e(k)、和存儲在預處理模塊內(nèi)以備其他模塊調(diào)用；

干擾觀測模塊從預處理模塊中調(diào)用u(k-1)和θ(k-1)，并按常規(guī)手段對u(k-1)和θ(k-1)進行處理后，輸出干擾控制信號u_d(k)；

摩擦補償模塊從預處理模塊中調(diào)用采用LuGre摩擦補償模型按常規(guī)手段對進行處理，輸出摩擦控制信號T_f(k)；