[發明專利]一種變載荷條件下雙驅動垂直升降伺服系統的同步控制方法

有效

• 申請號: 201911078715.8
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN112904707B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 鐘國梁;石準;王昌明
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種變載荷條件下雙驅動垂直升降系統的同步控制方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

步驟1：針對伺服電機+減速機+齒輪齒條傳動系統，建立其動力學模型；

步驟2：針對單伺服驅動系統，設計了PID+全局滑模控制的控制方法來減少外界環境對伺服驅動系統的干擾從而提高其運動過程中跟蹤精度，假設伺服驅動系統的目標期望角位移為θ_d,而伺服驅動系統的實際運動角位移為θ,因此可以得出軌跡跟蹤誤差可以定義為e＝θ–θ_d,因此全局滑模函數S_g可以設計為:

其中k₁0,并且f(t)必須滿足以下三個條件：

(1).f(0)＝S_g(0)；

(2).t→∞,f(t)→0；

(3).f(t)的一階導數存在；

根據上述三個條件可以將f(t)設計為：

f(t)＝f(0)e^-kt (2)

其中k0,因此當滿足滑模到達條件的時候，可以保證s永遠趨近于0，即達到了全局滑模，在實現全局滑模的基礎上，結合PID控制方法的優越性，設計具有PID性質的全局滑模函數S_PID為：

其中K_p,K_I和K_D分別是比例增益系數，積分增益系數以及微分增益系數，從而根據上述的表達式，具有PID性質的全局滑模函數S_PID可以改寫如下形式：

為了實現單伺服驅動系統的高精度軌跡跟蹤，根據上述的表達式，控制率可以設計為：

u＝u_a+u_b (5)

其中u_a以及u_b分別可以設計為：

u_b＝Dsgn(s_g) (7)

其中D是擾動d(t)的最大值；

步驟3:在保證了單伺服系統運動過程中軌跡跟蹤精度的前提條件下，引入了基于兩軸位置誤差的交差耦合的控制方法來完善單伺服驅動系統間的同步性能。

2.根據權利要求1所述的一種變載荷條件下雙驅動垂直升降系統的同步控制方法，其特征在于，步驟3中，在保證了單伺服系統運動過程中軌跡跟蹤精度的前提條件下，引入了基于兩軸位置誤差的交差耦合的控制方法來完善單伺服驅動系統間的同步性能，兩個單伺服驅動系統的實際輸出角位移可以分別假設為θ₁以及θ₂，因此兩個伺服驅動系統的角位移誤差分別可以表示為e₁＝θ₁–θ_d,e₂＝θ₂–θ_d，通過交差耦合控制器的誤差分配之后，兩個伺服驅動系統的角位移誤差分別可以表示如下表達式：

e₁＝θ₁-θ_d-k_j(θ₁-θ₂)

e₂＝θ₂-θ_d-k_j(θ₂-θ₁)

其中k_j＝J₁/J₂,而J₁與J₂分別為單伺服驅動系統1和單伺服驅動系統2的減速器輸出軸上的等效轉動慣量，從而結合步驟2所述的PID以及全局滑模控制方法，單伺服驅動系統1和單伺服驅動系統2的控制率u₁以及u₂可以設計為：

其中f₁以及f₂分別是單伺服驅動系統1和單伺服驅動系統2中的全局滑模函數中的f(t),S_g1以及S_g2分別是單伺服驅動系統1和單伺服驅動系統2中的全局滑模函數，D₁和D₂分別是單伺服驅動系統1和單伺服驅動系統的擾動d(t)的最大值。