[發明專利]一種諧波齒輪傳動系統二次型積分滑?？刂破髟O計方法

在審

• 申請號: 201710049730.4
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106844967A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 肖玲斐;丁潤澤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 張婷婷

技術領域

本發明屬于動力與傳動技術領域，具體涉及一種諧波齒輪傳動系統二次型積分滑?？刂破髟O計方法。本發明是一種諧波齒輪傳動系統控制器設計技術，采用一種新型二次型積分滑模面，通過二次型積分滑模控制器設計、非線性扭矩建模、非匹配不確定項建模、諧波齒輪傳動系統建模，能夠對諧波齒輪傳動系統進行魯棒控制，實現誤差補償。

背景技術

諧波齒輪是一種依靠彈性變形運動來實現傳動的新型機構，它突破了機械傳動采用剛性構件機構的模式，使用了一個柔性構件來實現機械傳動，從而獲得了一系列其他傳動所難以達到的特殊功能。諧波齒輪又三個基本構件組成，包括剛輪、柔輪、波發生器。通過在柔性齒輪中，通過波發生器的作用，產生一個移動變形波，并與剛輪嚙合，達到傳動目的。諧波齒輪具有傳動比范圍大、嚙合齒數多、承載能力大、精度高、運行平穩無沖擊等優點。隨著科學技術的發展，航空航天飛行器控制系統、儀表設備、機器人等領域對機械傳動提出了新的要求，如：傳動比大、體積小、重量輕、傳動精度高、回差小等，諧波齒輪由于自身特性，被廣泛應用于這些領域。由于諧波齒輪本身特性、裝配誤差、磨損、工作環境惡化等原因，使得對諧波齒輪傳動誤差進行控制顯得尤為重要。

國內外學者對諧波齒輪傳動進行了深入研究，主要研究方向為諧波齒輪力學仿真模型、傳動誤差分析，以及非線性摩擦模型建模等。如文獻^[1]中建立了機械傳動系統Lugre摩擦模型，文獻^[2]中通過運用系統動力學方程分析以及最小二乘法實現了對諧波齒輪傳動系統的建模，文獻^[3]中運用彈性理論、非線性有限元分析理論和現代CAD和CAE技術,建立柔輪的三維實體有限元分析模型。

而將電機系統與傳動系統相結合，通過控制電機對誤差進行補償方面的研究卻很少，主要由于諧波齒輪傳動系統本身為非線性系統，在工作中由于非線性扭轉剛度、齒側間隙又會對系統附加不匹配的不確定性，使得這方面的研究進展緩慢。文獻^[4]中運用傳統PID控制器，對含有摩擦模型的諧波齒輪傳動系統進行誤差補償控制，但沒有考慮到系統由于非線性彈性形變引起的不匹配項。

滑?？刂剖且活愋屡d的變結構魯棒控制方法，通過對滑模面的設計和趨近律的選擇，能夠使得系統具有良好的響應速度、對外界干擾、參數變化不敏感、魯棒性強等優點，作為非線性控制的重要方法近年來得到了廣泛深入的研究。文獻^[5]中謝建等人針對液壓泵控馬達系統，設計了滑?？刂破?，仿真結果表明,與普通PID控制方法相比，滑模控制方法有較強的抗干擾能力和良好的跟蹤性能,提高了液壓泵控馬達系統的控制精度和穩定性。文獻^[6]中，NE Sadr等人針對導彈自動導航系統設計了滑?？刂破?，并采用邊界層方法克服抖振，使得系統對外界干擾和不確定性具有很強的魯棒性，文獻^[7]中，Murat Furat等人針對一類單輸入單輸出不確定系統，設計了二階積分滑模控制器，使得系統克服了由外加負載以及不確定性引起的參數波動。文獻^[8]中，Azar A T等人針對古田擺系統設計了自適應滑?？刂破鳎抡娼Y果說明，對比其他控制方法，滑?？刂品椒ň哂忻黠@優勢。文獻^[9]中，Ginoya D等人針對一類含有不匹配不確定性系統，設計了含有增廣干擾觀測器的滑?？刂破?，仿真結果表明系統能夠克服系統中的不匹配不確定性。文獻^[10]Hess R A等人對一類非線性無人機系統，設計了滑?？刂破?，對非線性系統具有良好的控制效果

本發明針對一類含有不匹配不確定性的非線性諧波齒輪傳動系統，考慮由齒側間隙引起的時變非線性扭矩以及系統的參數攝動、非線性摩擦,強化了非線性項對系統控制的作用，提出了一種新穎的二次型積分滑?？刂破髟O計方法。根據李雅普諾夫穩定性理論，證明了二次型積分滑模面可在有效時間內到達，并給出了閉環系統魯棒漸近穩定的結論。在對系統建模中，結合文獻^[10]中的摩擦模型，考慮由齒側間隙引起的非線性彈性形變^[11]，使得模型更貼合實際系統。最后，通過與傳統的線性滑?？刂婆c積分滑?？刂七M行比較，仿真結果說明，采用二次積分滑?？刂破鞯南到y能夠快速響應，具有較小的誤差，并對不匹配不確定的非線性項具有很強的魯棒性。

參考文獻：

[1]劉國平.機械系統中的摩擦模型及仿真[D].西安理工大學,2007.

[2]黑沫,范世珣,廖洪波,等.精密諧波傳動系統建模[J].光學精密工程,2014,22(7):1842-1849.