[發(fā)明專利]一種變載荷條件下雙驅(qū)動垂直升降伺服系統(tǒng)的同步控制方法

有效

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• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN112904707B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘國梁;石準;王昌明
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 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

本發(fā)明公開了一種用于變載荷條件下雙驅(qū)動垂直升降伺服系統(tǒng)的同步控制方法。用于改善雙驅(qū)動垂直升降伺服系統(tǒng)在負載可變的前提條件下的軌跡跟蹤及精度以及雙邊伺服系統(tǒng)之間的同步性能，加強整個系統(tǒng)的魯棒性，不受外界環(huán)境的干擾以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的不確定因素的影響。該方法主要包括三個部分，第一部分對一般的伺服電機+減速器+齒輪傳動系統(tǒng)的動力學(xué)數(shù)學(xué)模型進行了概述，第二部分將PID控制方法的優(yōu)勢以及全局滑模控制方法的特點相結(jié)合從而改善單伺服驅(qū)動系統(tǒng)的抵抗外界干擾以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不確定性的影響的能力。第三部分引入了交差耦合的控制策略在PID以及全局滑模控制方法的基礎(chǔ)上進一步完善雙邊伺服系統(tǒng)之間的同步性能。因此整個雙驅(qū)動垂直升降伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能以及同步性得到了保證。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙驅(qū)動伺服系統(tǒng)的同步控制領(lǐng)域，特別是涉及到一種變載荷條件下的雙驅(qū)動垂直升降伺服系統(tǒng)的同步控制方法。

背景技術(shù)

隨著伺服驅(qū)動系統(tǒng)的逐步完善和普及，以及高精度同步位置控制技術(shù)的發(fā)展，高性能多軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)近年來在現(xiàn)代制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，例如應(yīng)用于電路組裝和計算機數(shù)控機床的龍門結(jié)構(gòu)。而在眾多的多軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，雙驅(qū)動伺服系統(tǒng)憑借著它的結(jié)構(gòu)簡單的特點以及安全可靠的性能在當(dāng)今現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展中最為普遍。更重要的是，雙驅(qū)動伺服系統(tǒng)不僅能為整個系統(tǒng)提供巨大的推力，而且可以為工作平臺提供更大的工作范圍。因此，相比于其他類型的多軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)，雙驅(qū)動伺服系統(tǒng)更廣泛應(yīng)用于各種高精度，變載荷的場合中。

然后，由于雙驅(qū)動伺服系統(tǒng)在運動過程中，實際環(huán)境中各種未知的干擾以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不確定的因素的存在，所以其動態(tài)性能，位置精度以及單伺服驅(qū)動系統(tǒng)間的同步性往往都會有所影響甚至降低。尤其是對于垂直升降類型的高空作業(yè)設(shè)備來說，其同步性以及軌跡跟蹤的精度降低會導(dǎo)致系統(tǒng)運動的穩(wěn)定性以及安全性，所以，針對這一問題，本發(fā)明提出了一種變載荷條件下的同步控制方法從而來減少雙驅(qū)動垂直升降系統(tǒng)運動過程遭受外界環(huán)境的干擾以及不確定因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決變載荷條件下雙驅(qū)動垂直升降伺服系統(tǒng)的同步控制這一問題，提出了一種雙驅(qū)動同步控制方法，能夠保證整個垂直升降系統(tǒng)運動過程中實現(xiàn)高精度的軌跡跟蹤以及單伺服系統(tǒng)之間的同步性。該方法包括下述步驟：

步驟1：針對常用的伺服電機+減速機+齒輪齒條傳動系統(tǒng)，建立其動力學(xué)模型的一般形式。

步驟2：針對單伺服驅(qū)動系統(tǒng)，設(shè)計了PID+全局滑模控制的控制方法來減少外界環(huán)境對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的干擾從而提高其運動過程中跟蹤精度。

步驟3:在保證了單伺服系統(tǒng)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(qū)動系統(tǒng)間的同步性能。

本發(fā)明是一種基于交差耦合的PID以及全局滑模控制的變載荷條件下雙驅(qū)動同步控制方法，用于高空作業(yè)的雙驅(qū)動垂直升降系統(tǒng)運動的同步控制。發(fā)明的核心是通過PID以及全局滑模控制的結(jié)合從而減少來自外界環(huán)境干擾以及變載荷條件下的結(jié)構(gòu)內(nèi)部因素不確定的影響，同時通過計算單伺服驅(qū)動系統(tǒng)的軌跡跟蹤的位置誤差并且通過交差耦合控制器的校正從而保證單伺服驅(qū)動系統(tǒng)間的同步性能。

附圖說明

圖1為單伺服驅(qū)動系統(tǒng)的傳動機構(gòu)示意圖。

圖2為變載荷條件下雙驅(qū)動垂直升降系統(tǒng)的同步控制系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

步驟1：針對常用的伺服電機+減速機+齒輪齒條傳動系統(tǒng)，建立其動力學(xué)模型的一般形式。如圖1所示，考慮到外界環(huán)境干擾以及系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不確定因素影響，將其一起等效成干擾項，因此可建立動力學(xué)數(shù)學(xué)模型如下：

T_b/T_a＝θ_m/θ＝i