技術(shù)領域

本發(fā)明屬于自動控制領域，主要涉及一種基于摩擦補償?shù)乃欧到y(tǒng)控制方法。

背景技術(shù)

伺服系統(tǒng)能夠精確跟蹤參考信號過程，廣泛存在于數(shù)控機床、風力發(fā)電、工業(yè)機械手等領域。伺服系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)是伺服電機，由增量式光電軸角編碼器檢測系統(tǒng)的角位移和角速度并反饋給控制器，通過控制器將反饋信號和給定信號進行比較和運算，產(chǎn)生控制信號，實現(xiàn)伺服控制。

但是摩擦嚴重影響伺服系統(tǒng)性能，是高速高精度伺服控制的關鍵問題。由于摩擦具有動態(tài)、非線性等特點，一般的線性反饋控制方法難以取得理想的控制效果。此外，摩擦機理至今尚未完全明確，無法建立準確的數(shù)學模型，這使得伺服系統(tǒng)的高性能伺服控制成為難點。雖然大量先進智能控制方法被相繼提出，但與實際工業(yè)應用仍存在距離。

PD控制是工業(yè)伺服系統(tǒng)中最廣泛使用的一種控制器，其算法簡單，具有良好的可靠性和魯棒性。對于模型精確的線性被控系統(tǒng)，PD控制效果理想，但伺服系統(tǒng)具有未建模的摩擦非線性項，嚴重影響了PD控制器的性能。為了在PD控制的基礎上對摩擦進行補償，工業(yè)上一般根據(jù)經(jīng)驗制定摩擦補償數(shù)據(jù)表，但該方法受限于工程師經(jīng)驗，數(shù)據(jù)表的細化度和精度難以保證，而學術(shù)上一般根據(jù)近似摩擦模型設計補償器，但是已有模型無法體現(xiàn)摩擦的全部特性，此外模型參數(shù)辨識復雜且不同工況下的結(jié)果不同，通用性差。以上方法沒有充分利用系統(tǒng)的歷史輸入輸出數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于摩擦補償?shù)乃欧到y(tǒng)控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于摩擦補償?shù)乃欧到y(tǒng)控制方法，包括以下步驟：

步驟1：伺服系統(tǒng)的控制機構(gòu)發(fā)出電流信號，驅(qū)動伺服電機，伺服電機輸出轉(zhuǎn)矩信號控制伺服系統(tǒng)所帶負載從初始位置轉(zhuǎn)向目標位置；

步驟2：伺服系統(tǒng)的編碼器實時檢測伺服系統(tǒng)所帶負載的轉(zhuǎn)動角度；

步驟3：判斷伺服系統(tǒng)所帶負載是否偏離目標位置，如偏離，則執(zhí)行步驟4，否則返回步驟2；

步驟4：對伺服系統(tǒng)進行基于摩擦補償?shù)目刂疲?/p>

步驟4.1：根據(jù)伺服系統(tǒng)的動力學機理，以伺服電機的電流信號為輸入信號，以伺服系統(tǒng)所帶負載的轉(zhuǎn)動角度為輸出信號，建立伺服系統(tǒng)的離散線性模型：

A(z^-1)y(k+1)＝B(z^-1)u(k)

其中，伺服系統(tǒng)的離散線性模型參數(shù)A(z^-1)＝1+a₁z^-1+a₂z^-2，B(z^-1)＝b₀+b₁z^-1，a₁,a₂,b₀,b₁是未知參數(shù)；

步驟4.2：根據(jù)建立的伺服系統(tǒng)的離散線性模型確定伺服系統(tǒng)所帶負載的理想轉(zhuǎn)動角度；

y^*(k+1)＝-a₁y(k)-a₂y(k-1)+b₀u(k)+b₁u(k-1)

其中：y^*(k+1)離散線性模型在第k+1時刻的輸出信號，即在第k+1時刻伺服系統(tǒng)所帶負載的理想轉(zhuǎn)動角度；y(k)是第k時刻伺服系統(tǒng)所帶負載的實際轉(zhuǎn)動角度；u(k)為第k時刻伺服電機的電流信號；

步驟4.3：確定第k+1時刻伺服系統(tǒng)所帶負載的實際轉(zhuǎn)動角度y(k+1)與第k+1時刻伺服系統(tǒng)所帶負載的理想轉(zhuǎn)動角度y^*(k+1)之間的偏差信號v(k+1)，即表征伺服系統(tǒng)摩擦的未建模動態(tài)；

v(k+1)＝y(tǒng)(k+1)-y^*(k+1)

步驟4.4：根據(jù)表征伺服系統(tǒng)摩擦的未建模動態(tài)v(k+1)和伺服系統(tǒng)的離散線性模型，建立包含伺服系統(tǒng)摩擦的伺服系統(tǒng)離散線性模型：

A(z^-1)y(k+1)＝B(z^-1)u(k)+v(k+1)

其中，v(k+1)＝v(k)+Δv(k)，v(k)為第k時刻表征伺服系統(tǒng)摩擦的未建模動態(tài)；Δv(k)為未建模動態(tài)在第k+1時刻的增量；

步驟4.5：確定未建模動態(tài)在第k時刻的增量，該增量與未建模動態(tài)在第k+1時刻的增量近似相等；

Δv(k-1)＝v(k)-v(k-1)