超声波电机伺服控制系统不对称滞回补偿控制装置及方法.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CN106406093A(43)申请公布日2017.02.15(21)申请号201610889716.0(22)申请日2016.10.12(71)申请人闽江学院地址350108福建省福州市闽侯县上街镇文贤路1号(72)发明人傅平程敏(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100代理人蔡学俊(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图2页(54)发明名称超声波电机伺服控制系统不对称滞回补偿控制装置及方法(57)摘要本发明涉及一种超声波电机伺服控制系统不对称滞回补偿控制装置及方法，该装置包括控制系统、基座和设于基座上的超声波电机，超声波电机一侧输出轴与光电编码器连接，另一侧输出轴与飞轮惯性负载连接，飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器连接，光电编码器、力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统。该控制装置包括不对称滞回补偿控制器和电机组成，整个控制方法建立在补偿控制器的基础上，在控制器的设计上也以辨识误差最小为其调整函数，从而能获得更好的控制效能。该装置及其控制系统不仅控制准确度高，而且结构简单、紧凑，使用效果好。CN106406093ACN106406093A权利要求书1/4页1.一种超声波电机伺服控制系统不对称滞回补偿控制装置，包括控制系统、基座和设于基座上的超声波电机，其特征在于：所述超声波电机一侧输出轴与光电编码器相连接，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的输出轴经一联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、所述力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统；所述控制系统包括一不对称补偿控制器。2.根据权利要求1所述的超声波电机伺服控制系统不对称滞回补偿控制装置，其特征在于：所述控制系统包括超声波电机驱动控制电路，所述超声波电机驱动控制电路包括控制芯片电路和驱动芯片电路，所述光电编码器的信号输出端与所述控制芯片电路的相应输入端相连接，所述控制芯片电路的输出端与所述驱动芯片电路的相应输入端相连接，以驱动所述驱动芯片电路，所述驱动芯片电路的驱动频率调节信号输出端和驱动半桥电路调节信号输出端分别与所述超声波电机的相应输入端相连接；所述不对称补偿控制器设置于控制芯片电路中。3.根据权利要求1所述的超声波电机伺服控制系统不对称滞回补偿控制装置，其特征在于：所述联轴器为一弹性联轴器。4.一种超声波电机伺服控制系统不对称滞回补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：建立一不对称滞回数学模型，在不对称滞回数学模型的基础进行不对称补偿控制，从而使得系统力矩速度的特性接近线性关系，通过在减小辨识动态误差的同时也使得伺服系统滞回最小，具体包括以下步骤：步骤S1：超声波电机驱动系统的动态方程可以写为：其中Ap＝-B/J,BP＝J/Kt>0,CP＝-1/J；B为阻尼系数，J为转动惯量，Kt为电流因子，Tf(v)为摩擦阻力力矩，TL为负载力矩，U(t)是电机的输出力矩，θr(t)为通过光电编码器测量得到的位置信号；步骤S2:建立一不对称滞回模型；步骤S3：输入信号v(t)先经过逆不对称滞回系统，其输出作为控制信号进入不对称滞回系统，使用不对称补偿控制使得系统力矩速度的特性接近线性关系。5.根据权利要求4所述的超声波电机伺服控制系统不对称滞回补偿控制方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21：所述不对称滞回模型结合了函数Sr和密度函数p(r)描述迟滞的非线性，v(t)为输入信号，Φ[v](t)为不对称滞回系统的输出信号，r为系统待辨识的初始参数，所述不对称滞回模型为：p(r)为密度函数，Sr[v](t)为函数，其定义如下：Sr[v](t)＝s(v(t),Sr[v](ti))，对于ti<t<ti+1且0≤i≤N-1，s(v,z)＝max(vl-r,min(vr(v)+r,z))2CN106406093A权利要求书2/4页不对称滞回模型的输出表示为：步骤S22：当输入单调递增或者单调递减时，不对称滞回模型的输出分别表示为∏+[v](t)和∏-[v](t)：当输入单调递增或者单调递减时，Fr[v](t)的输出表示为：因此，式(2.45)表示为：然后，得到式(2.45)为：式(2.52)进一步的表示为：因为包络函数γl和γr是可逆的，因此式(2.53)表示为：得到不对称滞回模型的输出表示为：不对称滞回模型的输出∏-[v](t)表示为：然后，将密度函数和Fr[v](t)代入不对称滞回逆模型的输出方程，得到方程为：3CN106406093A权利要求书3/4页逆不对称滞回模型由初始加载曲线得到：修改后的初始加载曲线不对称滞回模型表示为：不对称滞回模型的密度函数表示为：不对称滞回模型表示为：上述公式表明，不对称滞