含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116015132A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202310162722.6(22)申请日2023.02.24(71)申请人西安理工大学地址710048陕西省西安市碑林区金花南路5号(72)发明人张彦平尹忠刚路畅白聪(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214专利代理师罗笛(51)Int.Cl.H02P21/00(2016.01)H02P21/05(2006.01)H02P21/18(2016.01)H02P21/22(2016.01)H02P25/022(2016.01)H02P27/08(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图2页(54)发明名称含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法(57)摘要本发明公开了一种含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：建立含齿隙双惯量伺服系统的数学模型；步骤2：建立齿隙的死区模型，构建电机侧与负载侧的位置角度差与轴转矩的输入输出关系；步骤3：在步骤1和步骤2的基础上设计连续非奇异终端滑模控制与时间最优控制相互切换的控制器；步骤4：根据步骤2建立的死区模型设计自适应齿隙补偿器。本发明一种含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法，通过设计伺服系统是否进入齿隙作为切换条件，在齿隙中采用时间最优控制，减小了齿隙振荡的产生；在齿隙外采用连续非奇异终端滑模控制，抑制齿隙振荡。CN116015132ACN116015132A权利要求书1/4页1.含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，建立含齿隙双惯量伺服系统的数学模型；步骤2，建立齿隙的死区模型，构建电机侧与负载侧的位置角度差与轴转矩的输入输出关系；步骤3，在步骤1和步骤2的基础上设计连续非奇异终端滑模控制与时间最优控制相互切换的控制器；步骤4，根据步骤2建立的死区模型设计自适应齿隙补偿器。2.根据权利要求1所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：在d‑q坐标系下，电磁转矩表达式如下公式(1)所示：Te＝1.5np[ψfiq+(Ld‑Lq)idiq](1)；其中，id是d轴定子电流分量；iq是q轴定子电流分量；Ld是d轴定子电感分量；Lq是q轴定子电感分量；ψf是转子永磁体磁链；np是永磁同步电机极对数；双惯量伺服系统的数学模型如下公式(2)所示：其中，Jm是电机侧惯量；Bm是电机侧摩擦阻尼；Jl是负载侧惯量；Bl是负载侧摩擦阻尼；Ks是传动轴的弹性系数；Bs是摩擦阻尼；ωm是电机侧转速；ωl是负载侧转速；θm是电机侧位置；θl是负载侧位置；是电机侧位置微分；是负载侧位置微分；是电机侧转速微分；是负载侧转速微分；Ts是轴转矩；Tl是负载转矩。3.根据权利要求2所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：齿隙死区模型的数学表达式如下公式(3)所示：其中，2α是齿隙大小，齿隙死区模型的输入为电机侧和负载侧的角度之差，输出信号为轴转矩。4.根据权利要求3所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：步骤3.1，建立连续非奇异终端滑模控制器；步骤3.2，设计时间最优控制器；步骤3.3，设计切换策略。5.根据权利要求4所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法，其特征在于：所2CN116015132A权利要求书2/4页述步骤3.1的具体过程为：速度误差和误差变化率如下公式(4)所示：其中，x是速度误差，是位置环输出的速度指令；设计非奇异快速终端滑模面如下公式(5)所示：其中，s是非奇异快速终端滑模面，β>0、γ>0、1<λ<2和p>1是非奇异快速终端滑模面的参数；设计新型饱和函数趋近律如下公式(6)所示：其中，k1>0、k2>0和是新型饱和函数趋近律的参数；结合公式(2)、公式(4)、公式(5)和公式(6)，得连续非奇异终端滑模控制律如下公式(7)所示：其中，是q轴定子电流指令。6.根据权利要求5所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法，其特征在于：所述步骤3.2的具体过程为：设进入齿隙的时刻为t0，离开齿隙的时刻为tf，设电机进入齿隙时位置为‑2α，在加速阶段电机侧速度的微分如下公式(8)所示：其中，Tmax是最大转矩限制；对公式(8)两端同时积分求出加速阶段电机侧速度表达式如下公式(9)所示：其中，ωm(t0)是t0时刻电机侧转速，t是时间；对公式(9)两端同时积分求出加速阶段电机侧位置表达式如下公式(10)所示：在减速阶段，电机侧的速度微分、速度和位置表达式分别如下公式(11)～(13)所示：3CN116015132A权利要求书3/4页由于上升曲线和下降曲线在减速阶段和加速阶段