[發明專利]被動式多維力-力矩伺服加載平臺控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201611025601.3
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106742088B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 王寅;陳金寶;王治易;耿海峰;王小濤;王道波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;吳庭祥

1.一種被動式多維力-力矩伺服加載平臺控制系統，其特征在于：包括被動式多維力-力矩加載平臺、控制單元、電氣接口模塊、伺服信號功放單元、位姿傳感器和六維力傳感器；

所述控制單元連接電氣接口模塊，電氣接口模塊連接伺服信號功放單元，伺服信號功放單元連接被動式多維力-力矩加載平臺；

所述位姿傳感器固定安裝在被動式多維力-力矩加載平臺上，位姿傳感器電連接電氣接口模塊，用于實時采集被動式多維力-力矩加載平臺的位姿信號；

所述六維力傳感器與被加載對象固定連接，六維力傳感器電連接電氣接口模塊，用于實時采集被加載對象所受加載力-力矩信號；

所述被動式多維力-力矩加載平臺剛性連接被加載對象，并根據控制指令對其進行加載；

所述控制單元用于向多功能控制接口模塊發出控制指令，并經電氣接口模塊采集運動位姿信號和加載力-力矩信號進行處理；

所述電氣接口模塊用于將控制指令傳輸到伺服信號功放單元，并將運動位姿信號和加載力-力矩信號反饋至控制單元；

所述伺服信號功放單元用于向被動式多維力-力矩加載平臺輸出功率信號驅動其運行。

2.根據權利要求1所述的被動式多維力-力矩伺服加載平臺控制系統，其特征在于：所述控制單元經通信接口模塊連接數據中心。

3.權利要求1或2所述被動式多維力-力矩伺服加載平臺控制系統的控制方法，其特征在于包括以下步驟：

1)、將被加載對象與被動式多維力-力矩加載平臺進行剛性連接，啟動被動式多維力-力矩加載平臺控制系統；

2)、按照預定的工作模式，在控制單元中設置加載控制參數，確定加載模式，對各傳感器信號清零處理；

3)、控制單元發出控制指令經伺服信號功放單元傳遞給被動式多維力-力矩加載平臺對被加載對象進行加載；

4)、傳感器實時采集運動位姿信號和加載力-力矩信號并通過多電氣接口模塊反饋至控制單元，控制單元進行信號處理后再發出控制指令對被加載對象完成伺服加載。

4.根據權利要求3所述被動式多維力-力矩伺服加載平臺控制系統的控制方法，其特征在于所述步驟3)中采用如下的對于力-力矩加載控制算法實現對被加載對象完成伺服加載：

設速度內環的控制律為：

式中，為被動式多維力-力矩伺服加載平臺控制系統理想的速度給定信號，x(t)為被動式多維力-力矩加載平臺的實時位姿，為速度；

設被加載對象各連接面的各維力f_c(t)所形成接觸力的剛度模型為：

f(t)＝k(t)[(x(t)-x_e(t)] (2)

式中，f(t)為被加載力的理論值，k表示被動式多維力-力矩加載平臺與被加載對象之間接觸的等效剛度，x_e(t)為被加載對象的實時運動位姿；用γ＝1/k表示柔度，則

x(t)＝γ(t)f(t)+x_e(t) (3)

通過在線辨識獲得被加載對象各自由度的等效柔度，其控制規律為:

式中，f_d(t)為加載力期望值，Δf(t)為加載力誤差，K_f為力反饋系數，為等效柔度的在線估計值，其自適應更新律為：

式中，參數α是自適應增益，F(t)為待定的自適應估計器；

根據剛度與柔度的關系k＝1/γ，代入式(3)：

由式(2)可知：

從而式(6)為：

式中，ψ(t)為中間變量，ψ(t)＝k(xd(t)-xe(t))，

定義標量函數:

由式(9)可知，對于所有t，有對式(9)微分后

故有

代入(5)，得

可知，所求解待定的自適應估計器F(t)為

F(t)＝-αf_d(t)Δf(t)。