[發(fā)明專利]基于繼電反饋技術(shù)的帶彈簧伺服系統(tǒng)辨識方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710397139.8
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107168060B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂紹林;孟健;王豐;湯麗麗
• 申請（專利權(quán)）人: 博眾精工科技股份有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 11350 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明公開了一種帶彈簧伺服系統(tǒng)的辨識方法，涉及伺服運動控制等領(lǐng)域，該方法是基于繼電反饋技術(shù)實現(xiàn)的。本發(fā)明所述帶彈簧伺服系統(tǒng)辨識方法包括控制器、帶彈簧伺服系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理單元。其中，控制器包含繼電環(huán)節(jié)和延時環(huán)節(jié)，帶彈簧伺服系統(tǒng)包含驅(qū)動器、伺服電機、中間傳動環(huán)節(jié)及負載。控制器將伺服電機的位置信號作為其輸入信號，其輸出信號用來驅(qū)動電機；控制器的輸出信號及伺服電機的輸出信號將以離線的方式作為數(shù)據(jù)處理單元的輸入信號，數(shù)據(jù)處理單元基于這些信號計算出伺服系統(tǒng)的模型參數(shù)，從而為設(shè)計此類伺服系統(tǒng)控制器并提高控制性提供依據(jù)。本發(fā)明具有運算量較小，運行時間短，易于現(xiàn)場實現(xiàn)，調(diào)試過程靈活等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種辨識帶彈簧伺服系統(tǒng)的方法，具體涉及基于繼電反饋技術(shù)的帶彈簧伺服系統(tǒng)的辨識方法。

背景技術(shù)

在伺服系統(tǒng)某些應(yīng)用中，負載處于豎直方向，而此時負載的重力在控制過程中完全由伺服電機輸出的力矩來補償；為能夠減小伺服電機的負擔(dān)，工業(yè)上多采用彈簧支撐的辦法。但是，彈簧力隨位置是變化的，由它產(chǎn)生的擾動可能降低控制器的表現(xiàn)性能，因此辨識彈簧力并施以前饋補償是十分重要的。

繼電反饋辨識方法自1984年提出，已經(jīng)大量的研究結(jié)果，是一種相對成熟的技術(shù)。該技術(shù)最早應(yīng)用在過程控制中，例如化工行業(yè)、環(huán)境過程等。工程控制一般含有延時環(huán)節(jié)，這使得繼電反饋更加容易產(chǎn)生極限環(huán)。而在運動控制領(lǐng)域，一般的被控對象都是二階系統(tǒng)，相位延遲不會超過180度，傳統(tǒng)的繼電反饋不能夠產(chǎn)生自激振蕩。近年來，隨著人工延時技術(shù)的引入，繼電反饋辨識方法開始在伺服系統(tǒng)中得到應(yīng)用并取得一定的成果，如驅(qū)動器自調(diào)諧技術(shù)設(shè)計開發(fā)、伺服系統(tǒng)自整定控制研究和高性能運動控制算法研究等。

經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?00910051179.2，名稱為“基于繼電反饋的交流伺服系統(tǒng)自整定方法”和中國專利申請?zhí)枮?01010131841.8，名稱為“基于繼電反饋的伺服系統(tǒng)控制方法”，該技術(shù)通過描述函數(shù)法辨識了伺服系統(tǒng)的摩擦力等參數(shù)并基于此設(shè)計了PID控制器，取得了良好的控制效果。但是該方法只適用沒有重力補償?shù)乃截撦d，而在豎直彈簧支撐負載的場合則不適用。

又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，論文名為“Identification of Spring Stiffness and DampingCoefficient in Machine Tool Joints”通過結(jié)合仿真分析和實驗結(jié)果的方法辨識機床上的等效剛度和阻尼，但是該方法操作不便，耗時長，應(yīng)用場合十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對上存在的問題，本發(fā)明提供一種基于繼電反饋技術(shù)的帶彈簧伺服系統(tǒng)辨識方法。本發(fā)明通過合理選擇繼電器和延時器參數(shù)讓伺服系統(tǒng)以幾十倍間隙大小的振幅振蕩起來，然后通過分析伺服電機的位置信號以及控制器的輸出信號就可以算出帶彈簧伺服系統(tǒng)的模型參數(shù)、摩擦力、彈簧剛度等，本發(fā)明具有運算量較小，運行時間短，易于現(xiàn)場實現(xiàn)，調(diào)試過程靈活等優(yōu)良的特點。

本發(fā)明包括以下步驟：

步驟一，設(shè)置延時器值d和設(shè)置初始繼電器幅值h，設(shè)置實驗參數(shù)采樣時間T_S和總的測試時間T。

步驟二，在測試時間T內(nèi)，利用延時器值d和設(shè)置初始繼電器幅值h進行繼電器位置反饋實驗，并記錄相應(yīng)的實際位移振蕩曲線，通過均值方法測量實際位移振蕩曲線的振蕩幅值A(chǔ)和振蕩頻率ω。

步驟三，采用描述函數(shù)法對帶彈簧伺服系統(tǒng)進行推演，系統(tǒng)振蕩時可得到以下公式：

式中，h為繼電器幅值，f為摩擦力，d為延時環(huán)節(jié)的時間，a為伺服系統(tǒng)等效質(zhì)量，b為等效粘滯摩擦系數(shù)，k為等效彈簧剛度，A為描述函數(shù)法輸入信號幅值，K_t為電機常數(shù)。

利用兩組測試(h₁，d₁)，(h₂，d₂)則可以分別計算出系統(tǒng)等效模型參數(shù)：