[發明專利]一種基于模型跟蹤控制的伺服系統末端殘余振動抑制方法

有效

• 申請號: 201911122365.0
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110955176B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 佘錦華;吳敏;李丹云;劉振燾;吳璐璐;杜晨
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 易濱

1.一種基于模型跟蹤控制的伺服系統末端殘余振動抑制方法，其特征在于：包括以下步驟：

S101：對伺服系統進行建模，得到伺服系統的理想模型；所述伺服系統為帶有彈性連接裝置的伺服系統；

S102：根據所述理想模型，計算獲得伺服系統的系統自然頻率和阻尼比；

S103：根據所述系統自然頻率和所述阻尼比設計輸入整形器，并經過第一PD控制器得到控制輸出，進而利用設計好的輸入整形器構建負載端理想位置輸出；

S104：設計補償控制器，并將所述負載端理想位置輸出和負載端實際位置輸出的差值作為設計好的補償控制器的輸入，得到補償輸入；所述負載端實際位置輸出的初始值為0；

S105：將所述補償輸入和所述控制輸出的和作為驅動信號驅動伺服系統的實際模型，并得到實際模型的負載端實際位置輸出，進而將得到的負載端實際位置輸出返回至步驟S104，用于下一時刻的控制。

2.如權利要求1所述的一種基于模型跟蹤控制的伺服系統末端殘余振動抑制方法，其特征在于：步驟S101中，在時域下建立伺服系統的微分方程，并通過拉普拉斯變換將其變換到s域下，得到伺服系統的理想模型；所述理想模型的表達式如公式(1)所示：

上式中，J_M為電機轉動慣量、θ_M為電機位置、T_M為電磁轉矩、ω_M為電機角速度、J_L為負載端轉動慣量、θ_L為負載位置、T_L為負載端轉矩、ω_L為負載端角速度、T_w為彈簧的彈性轉矩、C_w為彈簧的阻尼系數、K_w為彈簧的剛度系數。

3.如權利要求2所述的一種基于模型跟蹤控制的伺服系統末端殘余振動抑制方法，其特征在于：步驟S102中，根據所述理想模型，計算獲得伺服系統的系統自然頻率和阻尼比；具體如下：

將公式(1)經過變換，得到公式(2)：

進而根據公式(2)得到伺服系統的系統自然頻率阻尼比

4.如權利要求3所述的一種基于模型跟蹤控制的伺服系統末端殘余振動抑制方法，其特征在于：步驟S103中，根據所述系統自然頻率和所述阻尼比設計輸入整形器，并經過第一PD控制器得到控制輸出，進而利用設計好的輸入整形器構建負載端理想位置輸出；具體包括如下步驟：

S201：采用ZV整形器作為輸入整形器，具體表達式如公式(3)所示：

上式中，t_i為第i個脈沖的作用時間，A_i為第i個脈沖的脈沖幅值，i＝1,2；

S202：給定理想輸入θ_M^*(t)，并將θ_M^*(t)輸入至所述輸入整形器，得到整形后的信號θ_ZV(t)；

S203：將θ_ZV(t)與理想模型輸出的理想電機位置θ_M(t)的差值θ_ZV(t)-θ_M(t)作為第一PD控制器的輸入，得到控制輸出V(t)；所述第一PD控制器為預先將參數調節好的PD控制器；離線調節所述第一PD控制器的P參數和D參數，當θ_L^*(t)達到零殘余振動時，得到調節好的PD控制器；

S204：將V(t)作為所述理想模型的輸入，得到負載端理想位置輸出θ_L^*(t)和理想電機位置θ_M(t)，同時將理想電機位置θ_M(t)反饋至步驟S203，用于下一時刻的控制。