[發明專利]齒輪傳動系統中間隙參數的閉環辨識方法和裝置

有效

• 申請號: 201810045469.5
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108050965B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張珩;肖歆昕
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00;G01M13/021
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明提供了一種確定齒輪傳動系統中間隙參數的閉環辨識方法和裝置，所述方法包括根據伺服電機控制器參數調整齒輪傳動系統處于閉環臨界穩定狀態，使伺服電機產生一個臨界穩定的低頻、低幅值的弱振正弦激勵信號；通過離散采樣獲取一段時間范圍內齒輪傳動系統中主動齒輪輸入的激勵角位移數據信號和從動齒輪的輸出響應角位移數據信號；提取多個完整周期內的主動齒輪的激勵角位移數據信號和從動齒輪的輸出響應角位移數據信號，并匹配同一周期內的輸入和輸出數據進行變換，獲得輸入數據的基波分量的幅值，以及輸入數據與輸出數據的基波分量之間的相位差；并采用遲滯特性的描述函數模型確定齒輪傳動系統中的間隙參數。

技術領域

本發明涉及機械運動機構測量領域，尤其涉及一種齒輪傳動系統中間隙參數的閉環辨識方法和裝置。

背景技術

在由剛性齒輪構成的位置傳動系統中，由于加工、裝配運行磨損及使用環境等因素，主、從齒間不可避免地會出現一些靜態空(間)隙。同時，摩擦、彈性變形和齒間的碰撞沖擊等，也會產生相應的動態回差。盡管兩類間隙產生的機制有所不同，但隨著齒系主動端的往復驅動，都可能造成不必要的運動滯后、附加振蕩或抖動等效應，且其承載能力甚至還會因間隙而出現明顯下降。

為改善系統性能需要進行間隙補償策略，這種補償效果非常依賴于對間隙參數的掌握程度，故對間隙的辨識也就變得必不可少。其中就反映齒間嚙合程度的靜態間隙來說，它本質上是一種幾何表征，而在往復運動情形下則反映的是主從傳動過程中的位移關系。這類靜態間隙的存在，會導致齒輪系統在反轉的短暫時間內使得如電機等驅動源的負載發生改變，進而伴生地改變了驅動環節的動力學特性。靜態間隙在產生遲滯非線性的同時，還將會導致一類稱之為間隙反向耦合非線性的現象出現，使得反映遲滯特性的描述函數模型不能直接用于這類間隙的辨識。

發明內容

本發明提供了一種齒輪傳動系統中間隙參數的閉環辨識方法和確定齒輪傳動系統中間隙參數的閉環辨識裝置，解決了不能直接采用遲滯特性的描述函數模型對齒輪傳動系統中間隙參數進行確定的問題。

第一方面，提供了一種確定齒輪傳動系統中間隙參數的閉環辨識方法，方法包括：

根據伺服電機控制器參數調整齒輪傳動系統處于閉環臨界穩定狀態，使伺服電機產生一個臨界穩定的低頻、低幅值的弱振正弦激勵信號；

通過離散采樣獲取一段時間范圍內齒輪傳動系統中主動齒輪輸入的激勵角位移數據信號和從動齒輪的輸出響應角位移數據信號；

提取多個完整周期內的主動齒輪的激勵角位移數據信號和從動齒輪的輸出響應角位移數據信號，并匹配同一周期內的輸入和輸出數據，對每個完整周期內的輸入數據和輸出數據進行傅里葉變換，獲得輸入數據的基波分量的幅值，以及輸入數據與輸出數據的基波分量之間的相位差；

根據輸入數據的基波分量的幅值，以及輸入數據與輸出數據的基波分量之間的相位差，采用遲滯特性的描述函數模型確定齒輪傳動系統中的間隙參數。

在一個可能實現的方式中，根據伺服電機控制器參數調整齒輪傳動系統處于閉環臨界穩定狀態，包括：

根據系統傳函整定伺服電機控制器參數以調整齒輪傳動系統處于閉環臨界穩定狀態，系統傳函的形式為：

其中，K是待定增益系數，K＞0；τ是時間常數，τ＞0；n≥2為待定正整數；G_c(s)為位置環線性控制器的值，G_f(s)為位移測量濾波環節的值，G_p(s)為低頻時驅動電機與齒輪傳動系統構成的一階環節的值。

在一個可能實現的方式中，根據系統傳函整定伺服電機控制器參數，包括：

根據系統傳函，采用因間隙的作用而交替出現的電機空載及加載現象，以及建立的間隙反向耦合非線性及其串聯型描述函數模型整定伺服電機控制器參數。