[發明專利]一種用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器

在審

• 申請號: 202111237227.4
• 申請日: 2021-10-21
• 公開（公告）號: CN113934138A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 朱其新;王嘉祺;金建鋒;謝鷗
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學;蘇州杰森電器有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 蘇州今邁知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32524
• 代理人: 張佩璇

1.一種用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器，其特征在于，包括PID控制器的三環控制系統，所述三環控制系統由內向外依次包括電流環、位置環以及速度環；

還包括在所述三環控制系統中增加的前饋控制環節和反饋控制環節，所述前饋控制環節包括速度前饋、加速度前饋以及通過LuGre摩擦模型得到的摩擦補償，所述速度前饋為對位置環輸入的一節微分環節，所述加速度反饋為對速度環輸入的二階微分環節；所述反饋控制環節包括微分負反饋；

通過粒子群優化算法整定所述前饋控制環節中的三個參數：速度前饋增益K_a，加速度前饋增益K_b，以及摩擦補償增益K_f。

2.如權利要求1所述的用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器，其特征在于，所述速度前饋和加速度前饋的傳遞函數分別為：

其中，K_t為轉矩系數，J為轉動慣量。

3.如權利要求1所述的用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器，其特征在于，通過調節所述微分負反饋中的微分負反饋系數τ_D調節所述伺服系統的阻尼比ξ。

4.如權利要求3所述的用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器，其特征在于，所述伺服系統的阻尼比ξ為：0.8＜ξ＜0.9。

5.如權利要求1所述的用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器，其特征在于，所述LuGre摩擦模型的數學模型為：

其中，Z為鬃毛的平均變形量，ω為轉速，σ₀為剛度系數，g(ω)為非線性函數，用于體現不同條件下的摩擦效應，F_f為總摩擦力矩，σ₁為阻尼系數，σ₂為粘滯系數，F_c為庫侖摩擦力矩，ω_s為Stribeck速度。

6.如權利要求1所述的用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器，其特征在于，所述粒子群優化算法中，每個可行解為一個粒子，每一個粒子包括兩個參數：位置x和速度v，在解空間中根據以下迭代公式不斷逼近全局最優解：

v＝ω·v+c₁r₁(P_Best-x)+c₂r₂(g_Best-x)

x＝x+v

其中，ω為慣性權重，用于表示過去的速度對現在速度的影響程度；c₁和c₂為加速度系數；r₁和r₂為在[0，1]上均勻分布的隨機數；p_Best為當前最優位置；g_Best為全局最優位置。

7.如權利要求6所述的用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器，其特征在于，在每次迭代中，通過適應度函數來判斷一個粒子是否為最優解。

8.如權利要求7所述的用于伺服系統的摩擦補償前饋控制器，其特征在于，所述適應度函數為：

采樣時間ts＝0.00ls，輸入信號為正弦信號R(k)＝0.1*sin(0.2π·k·ts)，k＝1，2，3，…，2500，輸出信號為Y(k)。