超声波电机力矩滞回控制方法.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CN106253744A(43)申请公布日2016.12.21(21)申请号201610829591.2(22)申请日2016.09.19(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(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.H02N2/14(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称超声波电机力矩滞回控制方法(57)摘要本发明涉及一种超声波电机力矩滞回控制方法。提供一超声波电机伺服控制系统，包括基座和设于基座上的超声波电机，所述超声波电机一侧输出轴与光电编码器相连接，超声波电机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、力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统；该方法将系统建立在滞回数学模型基础上，采用力矩滞回控制对系统进行控制，在减小辨识动态误差的同时也使得伺服系统滞回最小，从而能获得更好的输入输出控制效能。CN106253744ACN106253744A权利要求书1/3页1.一种超声波电机力矩滞回控制方法，其特征在于：提供一超声波电机伺服控制系统，包括基座和设于基座上的超声波电机，所述超声波电机一侧输出轴与光电编码器相连接，超声波电机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、力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统；该方法将系统建立在滞回数学模型基础上，采用力矩滞回控制对系统进行控制，在减小辨识动态误差的同时也使得伺服系统滞回最小，从而能获得更好的输入输出控制效能。2.根据权利要求1所述的超声波电机力矩滞回控制方法，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。3.根据权利要求2所述的超声波电机力矩滞回控制方法，其特征在于：该方法具体实现如下，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；为了消除电机力矩-速度特性的滞回现象造成的影响，使用力矩速度滞回补偿控制对其进行控制；滞回模型结合了函数Fr和密度函数p(r)描述迟滞的非线性，v(t)为输入信号，∏[v](t)为滞回系统的输出信号，q、r为系统待辨识的初始参数；它表示为：假设0＝t0<t1<…tN＝tE为[0,tE]的一个区间，输入函数v在每一个[ti,ti+1]区间内是单调的，函数Fr(t)定义如下：Fr[v](0)＝fr(v(0),0)(3)Fr[v](t)＝fr(v(t),w(ti))(4)其中ti<t≤ti+1，0<i≤N-1，fr(v,w)＝max(v-r,min(v+r,w))；max表示二数比较取最大，min表示二数比较取最小；引入滞回的模型后，估计滞回逆的模型也是必需的，这主要用来估算逆补偿的误差；由于滞回模型的数据测量和输出信号之间存在一定的误差，逆补偿的误差将不会为零；滞回模型是由初始加载曲线构成；滞回逆模型是由初始加载曲线的逆曲线来构成；因此，滞回逆估计的模型是通过估计的逆加载曲线确认；若定义滞回模型的初始加载曲线为则估计的逆加载曲线就是估计的滞回逆模型的密度函数是估计滞回逆的模型表示为：2CN106253744A权利要求书2/3页是逆模型的阈值；这个阈值可以表示为：其中l＝1，2，3，…n，滞回逆模型∏-1[v](t)在数值上表示为：为了计算逆模型的阈值，按以下步骤进行：当r∈[rj,rj+1)，阈值为：l＝1，2，3，…n，由1到j式(10)的总和为：每一个时间间隔[rj,rj+1)逆模型的密度函数所以由式(11)-(13)可得如下式：上式可以写成以下形式：3CN106253744A权利要求书3/3页式(15)中回滞模型的逆模型每一个时间间隔的密度函数为：通过上述过程的变换，得到的力矩速度滞回补偿控制器可使得系统力矩速度的特性接近线性关系。4.根据权利要求3所述的超声波电机力矩滞回控制方法，其特征在于：所述力矩速度滞回补偿控制器设于所述控制芯片电路中。4CN106253744A说明书1/6页超声波电机