[發(fā)明專(zhuān)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(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/17;H02P29/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 11120
• 代理人: 高會(huì)允;仇蕾安

本發(fā)明公開(kāi)了電機(jī)伺服控制系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法以及消隙控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)快速和準(zhǔn)確跟蹤的目的。本發(fā)明技術(shù)方案為：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)的傳輸力矩來(lái)表示齒隙模型，針對(duì)齒隙模型進(jìn)行線(xiàn)性化處理；針對(duì)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含有齒隙的電機(jī)伺服系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)線(xiàn)性化處理后的齒隙模型進(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)第一緊湊型表達(dá)式進(jìn)行辨識(shí)，獲得電機(jī)參數(shù)；將得到電機(jī)參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果代入線(xiàn)性化處理后的齒隙模型之后，再次建立第二緊湊型表達(dá)式并辨識(shí)獲得負(fù)載參數(shù)。同時(shí)基于辨識(shí)結(jié)果給出了消隙控制方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)伺服控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)過(guò)程和軍事領(lǐng)域?qū)?dòng)力傳遞系統(tǒng)的控制精度有了更高的要求。但是由于受齒隙、死區(qū)、摩擦、遲滯及飽和等非線(xiàn)性的影響，進(jìn)一步減少了傳遞系統(tǒng)的控制精度。因此提高電機(jī)伺服系統(tǒng)的跟蹤精度已經(jīng)成為當(dāng)前動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中一個(gè)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。在這些非線(xiàn)性因素中，齒隙是一種最主要的非線(xiàn)性，它產(chǎn)生的原因主要是由于機(jī)械傳輸系統(tǒng)中傳遞部件之間的間隙造成的。齒隙不僅是傳輸系統(tǒng)中必不可少的非線(xiàn)性因素而且也是嚴(yán)重影響著系統(tǒng)的控制性能的一種非線(xiàn)性因素。它往往產(chǎn)生許多具有破壞性的影響，例如，輸出誤差、極限環(huán)現(xiàn)象、沖擊效應(yīng)甚至系統(tǒng)不穩(wěn)定，尤其在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)這種不利影響變得更加顯著。因此，齒隙是高精度傳動(dòng)系統(tǒng)重要研究對(duì)象。但是由于齒隙是一種高度的非線(xiàn)性因素，而且通常齒隙參數(shù)是未知的。這使得對(duì)于齒隙非線(xiàn)性的補(bǔ)償成為一個(gè)難題。所以，如何辨識(shí)齒隙參數(shù)并消除齒隙的影響對(duì)于提高電機(jī)伺服系統(tǒng)的精度非常重要，特別是高精度控制系統(tǒng)。為了能夠?qū)X隙進(jìn)行精確的補(bǔ)償，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程師們?cè)诒孀R(shí)齒隙參數(shù)方面進(jìn)行了廣泛的研究。Seidl等人設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)齒隙參數(shù)，采用“bang-bang”在線(xiàn)切換時(shí)間的控制策略。Jang等人采用相應(yīng)的模糊規(guī)則去表示齒隙，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的模糊預(yù)補(bǔ)償函數(shù)及在線(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整方法。Selmic等人采用采用基于Hebbian調(diào)整的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去逼近齒隙非線(xiàn)性，之后設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)態(tài)逆補(bǔ)償方案消除齒隙的影響并設(shè)計(jì)了自適應(yīng)算法。Hatipoglu等人基于反饋線(xiàn)性化構(gòu)造了兩層滑動(dòng)面來(lái)處理齒隙和摩擦非線(xiàn)性，最終得到相應(yīng)的期望狀態(tài)和控制律。Liu等人采用一個(gè)平滑自適應(yīng)齒隙逆補(bǔ)償去消除齒隙的影響，設(shè)計(jì)了一個(gè)分散魯棒模糊自適應(yīng)算法保證輸出跟蹤預(yù)設(shè)的值。

此外，在已知齒隙參數(shù)的基礎(chǔ)上，如何設(shè)計(jì)控制器對(duì)含有齒隙的非線(xiàn)性系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制是一個(gè)研究的課題，特別是隨著對(duì)電機(jī)伺服系統(tǒng)控制精度要求的提高，如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高精度控制也是許多研究人員關(guān)注的問(wèn)題。在電機(jī)控制方面，研究者和工程師通常考慮控制器的兩個(gè)方面，魯棒性，是指控制系統(tǒng)在外部干擾下，控制系統(tǒng)是否可以保持控制系統(tǒng)的一些規(guī)定的性能；跟蹤能力，是指給定一個(gè)參數(shù)軌跡，電機(jī)系統(tǒng)是否可以準(zhǔn)確的跟蹤給定的參考信號(hào)。如何設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，這個(gè)控制器具有高魯棒性和精確的跟蹤性能是電機(jī)控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。Guo等人設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)算法的魯棒控制器，保證電機(jī)跟蹤誤差在任意期望的精度范圍之內(nèi)，很大程度上提高了電機(jī)的控制精度。Ma等人設(shè)計(jì)了“backstepping”算法，反推出基于狀態(tài)反饋的自適應(yīng)控制器，提高了系統(tǒng)的控制性能。Masumpoor等人將滑膜控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制算法相結(jié)合，提出一種復(fù)合的自適應(yīng)滑膜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器，保證了電機(jī)的強(qiáng)魯棒性和準(zhǔn)確跟蹤性能。Chen等人設(shè)計(jì)一個(gè)基于觀測(cè)器的自適應(yīng)滑膜控制策略實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的跟蹤，文中驗(yàn)證結(jié)果顯示該算法不但能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的有效跟蹤而且具有一定的魯棒性能。

綜上文獻(xiàn)所述，在齒隙辨識(shí)方面，以上文獻(xiàn)采用智能算法或者其他算法來(lái)逼近齒隙非線(xiàn)性或者僅僅辨識(shí)出系統(tǒng)參數(shù)和齒隙參數(shù)相結(jié)合的耦合參數(shù)，這樣的辨識(shí)結(jié)果不但增加了辨識(shí)算法的計(jì)算復(fù)雜度，而且對(duì)于后續(xù)高精度控制是不利的，因?yàn)闊o(wú)法知道各個(gè)獨(dú)立參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果，僅僅知道復(fù)合參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果。在控制方面，以上文獻(xiàn)只是補(bǔ)償了齒隙非線(xiàn)性帶來(lái)的不利影響，沒(méi)有考慮其他非線(xiàn)性帶來(lái)的影響，這制約著電機(jī)的控制精度，造成一定的跟蹤誤差。

發(fā)明內(nèi)容