[發(fā)明專利]電機(jī)伺服系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法以及消隙控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711337480.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108228975B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任雪梅;李林偉;呂永峰;王敏林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/17;H02P29/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高會(huì)允;仇蕾安

1.電機(jī)伺服系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于，該辨識(shí)方法包括如下步驟：

步驟1、建立含有齒隙的電機(jī)伺服系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，根據(jù)電機(jī)和負(fù)載接觸時(shí)的傳輸力矩τ(t)來(lái)表示齒隙模型，針對(duì)所述齒隙模型進(jìn)行線性化處理；

步驟2，針對(duì)所述含有齒隙的電機(jī)伺服系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行離散化處理，利用離散化處理后的所述含有齒隙的電機(jī)伺服系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)線性化處理后的所述齒隙模型進(jìn)行重構(gòu)得到第一緊湊型表達(dá)式，并采用遞歸最小二乘法對(duì)所述第一緊湊型表達(dá)式進(jìn)行辨識(shí)，獲得電機(jī)參數(shù)，包括電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，電機(jī)的粘性摩擦系數(shù)b，電機(jī)、負(fù)載結(jié)合處的阻尼系數(shù)c以及齒隙寬度α；

步驟3，將步驟2得到電機(jī)參數(shù)J,b,c,α的辨識(shí)結(jié)果代入線性化處理后的所述齒隙模型之后，再利用離散化處理后的所述含有齒隙的電機(jī)伺服系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)線性化處理后的所述齒隙模型進(jìn)行重構(gòu)得到第二緊湊型表達(dá)式，并采用遞歸最小二乘法對(duì)所述第二緊湊型表達(dá)式進(jìn)行辨識(shí)，獲得負(fù)載參數(shù)，包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J_m，負(fù)載的粘性摩擦系數(shù)b_m；

所述步驟1包括如下具體步驟：

S101、建立含有齒隙的電機(jī)伺服系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程：

其中，θ(t)，分別為電機(jī)的位移和轉(zhuǎn)速；θ_m(t),分別為負(fù)載的位移和轉(zhuǎn)速；表示*的一階導(dǎo)數(shù)；表示*的二階導(dǎo)數(shù)；J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；b為電機(jī)的粘性摩擦系數(shù)；J_m為負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；b_m為負(fù)載的粘性摩擦系數(shù)；u(t)表示所述電機(jī)伺服系統(tǒng)的輸入轉(zhuǎn)矩；τ(t)為電機(jī)和負(fù)載接觸時(shí)的傳輸力矩；t是時(shí)間變量；

S102、根據(jù)電機(jī)和負(fù)載接觸時(shí)的傳輸力矩τ(t)來(lái)表示齒隙模型：

其中，Δθ(t)＝θ(t)-θ_m(t)；k表示電機(jī)、負(fù)載結(jié)合處的剛性系數(shù)；c表示電機(jī)、負(fù)載結(jié)合處的阻尼系數(shù)；α為齒隙寬度，其中電機(jī)逆向轉(zhuǎn)時(shí)α為負(fù)；

S103、針對(duì)所述齒隙模型進(jìn)行參數(shù)化處理：

其中，f₁(t),f₂(t)為切換函數(shù)；

f₁(t),f₂(t)表達(dá)式為：

所述步驟2包括如下具體步驟：

S201、將所述含有齒隙的電機(jī)伺服系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程：

定義

S202、對(duì)所述狀態(tài)方程進(jìn)行離散化處理，得到離散化模型

其中，T為采樣時(shí)間；

S203、將參數(shù)化處理后的齒隙模型(3)代入公式(4)第一個(gè)式子Jx₄(t)-Jx₄(t-1)-bTx₄(t)＝Tu(t)-Tτ(t)，可得：

S204、定義第一輔助函數(shù)為

定義第二輔助函數(shù)為θ₁＝[1,T/J,kT/J,kαT/J,Tc/J,bT/J]^T

得到公式(5)的緊湊型表達(dá)式：

其中，v(t)為與輸入無(wú)關(guān)的白噪聲序列；

S205、采用遞歸最小二乘法對(duì)公式(6)進(jìn)行辨識(shí)，得到電機(jī)參數(shù)J,b,c,α的辨識(shí)結(jié)果分別為

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3包括如下具體步驟：

S301、將步驟2的辨識(shí)結(jié)果代入?yún)?shù)化處理后的齒隙模型(3)中：

S302、將公式(8)代入公式(4)的第二個(gè)式子J_mx₂(t)-J_mx₂(t-1)-b_mTx₂(t)＝Tτ(t)中，可得：

S303、定義第三輔助函數(shù)為:

定義第四輔助函數(shù)為：

得到公式(9)的緊湊型表達(dá)式：

S304、采用遞歸最小二乘法對(duì)公式(10)進(jìn)行辨識(shí)，得到負(fù)載參數(shù)J_m,b_m的辨識(shí)結(jié)果分別為

3.電機(jī)伺服系統(tǒng)消隙控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步、采用如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)伺服系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)所述電機(jī)伺服系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)得到電機(jī)參數(shù)J,b,c,α的辨識(shí)結(jié)果以及負(fù)載參數(shù)J_m,b_m的辨識(shí)結(jié)果

第二步、建立所述電機(jī)伺服系統(tǒng)的跟蹤誤差模型：

e(t)＝x₁(t)-y_d(t)

y_d(t)為設(shè)置的期望輸出；

建立變?cè)鲆娼K端滑模，包括第一滑模面S₀、第二滑模面S₁、第三滑模面S₂；

其中，γ₀,γ₁為預(yù)設(shè)的正數(shù)；

χ＝βe^-εt/(1+e^-εt)²,β,ε＞0；β,ε為預(yù)設(shè)的常數(shù)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定；χ為預(yù)設(shè)的變?cè)鲆嫦禂?shù)，為變?cè)鲆娣蔷€性部分；

p₀,p₁,q₀,q₁均為預(yù)設(shè)的正奇數(shù)，且p_i＞q_i，i＝1或0；

第三步、建立控制量u*(t)為：

其中，fai,γ＞0；fai,γ均為常數(shù)，H(s₀,s₁)為滑膜表達(dá)式，F(xiàn)₂(t)為非線性補(bǔ)償表達(dá)式；

其中,x₂(t),x_3Δ(t),x_4Δ(t)為系統(tǒng)狀態(tài)變量；

第四步、采用所述控制量u*(t)對(duì)所述電機(jī)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。