基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113890446A(43)申请公布日2022.01.04(21)申请号202111210429.X(22)申请日2021.10.18(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人朱敏高思煜高强卢礼华王荔刘傲(74)专利代理机构哈尔滨华夏松花江知识产权代理有限公司23213代理人时起磊(51)Int.Cl.H02P21/14(2016.01)权利要求书4页说明书6页附图2页(54)发明名称基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法(57)摘要基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，涉及系统控制领域。本发明是为了解决目前LuGre模型被应用到伺服系统中减小摩擦力还存在辨识准确率低从而导致无法在工程实践中运用的问题。本发明包括：获得只含摩擦负载的伺服系统的状态空间描述；定义伺服系统状态误差并将伺服系统状态误差随时间收敛到0；获得伺服系统的状态空间描述；确定伺服系统中的控制量；根据劳斯判据获得伺服系统稳定时参数的取值范围；根据伺服系统参数的取值范围对伺服系统中的动态参数进行辨识，获得动态参数辨识结果。本发明用于对伺服系统的动态参数进行辨识。CN113890446ACN113890446A权利要求书1/4页1.基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在于所述方法的具体过程为：步骤一、获得只含摩擦负载的伺服系统的状态空间描述；步骤二、定义伺服系统状态误差并将伺服系统状态误差随时间收敛到0；步骤三、利用步骤一获得的只含摩擦负载的伺服系统的状态空间描述和步骤二获得的系统状态误差获得伺服系统的状态空间描述；步骤四、根据步骤三获得的伺服系统的状态空间描述确定伺服系统中的控制量；步骤五、利用步骤四获得的伺服系统中的控制量根据劳斯判据获得伺服系统稳定时参数的取值范围；步骤六、根据步骤五获得的伺服系统参数的取值范围对伺服系统中的动态参数进行辨识，获得动态参数辨识结果。2.根据权利要求1所述的基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在于：所述步骤一中获得只含摩擦负载的伺服系统的状态空间描述，包括以下步骤：步骤一一、建立LuGre模型：其中，ω是电机转子对于定子的相对速度，z是刚毛形变量，σ0是刚度系数，g(ω)是稳态时的摩擦力与速度的函数，t是时间，σ1是阻尼系数，F是伺服系统摩擦力，σ2是粘滞摩擦系数；步骤一二、利用步骤一一建立的LuGre模型获得只含摩擦负载的伺服系统的状态空间描述。3.根据权利要求2所述的基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在于：其中，ωS是Stribeck速度，e是伺服系统状态误差。4.根据权利要求3所述的基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在于：所述步骤一二中的只含摩擦负载的伺服系统的状态空间描述为：将公式(1)代入(2)即为只含摩擦力负载的伺服系统的状态空间描述：其中，θ是电机转子的位置，J是转动惯量，u是控制转矩。5.根据权利要求4所述的基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在2CN113890446A权利要求书2/4页于：所述步骤二中定义伺服系统状态误差为：*其中，θr是转子的参考位置；z是刚毛形变量，是刚毛形变估计值；ω是速度环给定速度为中间变量，转子的参考位置是控制系统的给定量。6.根据权利要求5所述的基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在于：所述步骤二中将伺服系统状态误差随时间收敛到0，如下式：其中，为误差矩阵，误差矩阵中的元素为伺服系统误差。7.根据权利要求6所述的基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在于：所述步骤三中利用步骤一获得的只含摩擦负载的伺服系统的状态空间描述和步骤二获得的系统状态误差获得伺服系统的状态空间描述，包括以下步骤：将公式(4)、公式(5)代入公式(3)获得伺服系统的状态空间描述：*其中，是中间变量，是θr对时间的导数，是ω对时间的导数。8.根据权利要求7所述的基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在于：所述步骤四中根据步骤三获得的伺服系统的状态空间描述确定伺服系统中的控制量，包括以下步骤：步骤四一、使公式(6)两边z的系数相等，得到以下公式：c13＝0步骤四二、消除公式(6)控制量中速度的微分项，则有c12＝1；步骤四三、利用步骤四一和步骤四二获得的参数获得伺服系统的控制变量：3CN113890446A权利要求书3/4页*其中，u为伺服系统真实的控制力矩，ω、是中间变量，是θr对时间的二次求导。9.根据权利要求8所述的基于LuGre模型的伺服控制系统的参数辨识方法，其特征在于：所述步骤五中利用步骤四获得的伺服系统中的控制量根据