一种伺服系统控制方法

摘要

一种伺服系统控制方法，第一步：分析伺服系统处于间隙模式的间隙约束条件；第二步：将系统处于间隙模式与接触模式两种模式下的系统的状态方程集成系统的状态方程；第三步：将离线控制律存储到设置在控制器内的存储模块中；第四步：控制器将计算得到的控制输入量u输出给电机，控制电机的转速；第五步：数据采集和传送部分采集齿轮单元的间隙角和负载端电机的转速，将采集的间隙角和负载端电机的转速传送到控制器中，控制器根据采集的间隙角和负载端电机的转速计算当前的控制输入量。本发明将系统处于间隙模式的条件考虑到控制器的设计中，提前计算离线控制律，并且将离线控制器存储到存储器中以便于实时控制时计算当前的控制输入量。

主权项

1.一种伺服系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：将间隙性伺服系统的运行模式划分为接触模式和间隙模式，并按照下述公式分析伺服系统处于间隙模式的间隙约束条件：|θ_b|＜α其中，Δθ＝θ_m-θ₁表示联轴器的位移，表示Δθ的微分，θ_b表示间隙角，齿轮单元中间隙的角度表示为2α，其中，2α是从0°至10°范围内的值，α表示间隙角度的一半；k_s和c_s分别表示具有阻尼的联轴器的弹性系数和阻尼系数；当上述三个约束条件满足时，系统处于间隙模式，当不满足上述三个约束条件时，系统处于接触模式，建立系统的微分方程，如下：其中，当运行模式为接触模式时，T_s＝k_s(Δθ-θ_b)+c_s(ω_m-ω_l)；当运行模式为间隙模式时，T_s＝0，J_m表示电机端的惯量，J₁表示负载端的惯量，T_m为电机(11)的转矩，T_s为联轴器(14)的转矩，T₁为负载端电机(16)的转矩，ω_m表示电机(11)的转速，而ω₁表示负载端电机(16)的转速，c_m和c₁分别表示电机端和负载端的粘滞摩擦系数； 第二步：将系统处于间隙模式与接触模式两种模式下的系统的状态方程集成系统的状态方程为如下形式：其中，x(t)＝[ω_m，ω₁，θ_m，θ₁，θ_b]^T为系统的状态向量；u表示系统的控制输入量；A_co、A_b1和B分别如下：得到使系统性能最优的离线控制律，即使系统性能最优的状态变量与控制输入量之间的关系式，如下：其中，F_k^{i}和G_k^{i}分别为离线控制律的系数矩阵；第三步：将离线控制律存储到设置在控制器内的存储模块中；控制器判断是否接收到由数据采集和传送部分获得的当前状态变量的 值x，如果已经接收到当前状态变量的值x，根据存储到存储模块中的离线控制律，通过数据采集和传送部分获得的当前状态变量的值x计算当前的控制输入量u，如果没有接收到当前状态变量的值x，采用状态估计器估计的当前状态变量的值x计算当前的控制输入量u；第四步：控制器将计算得到的控制输入量u输出给电机，控制电机的转速，当运行模式从接触模式变为间隙模式或从间隙模式变为接触模式时，控制输入量反映模式的变化，如果没有模式变化，用计算的控制输入量控制伺服系统在间隙模式或接触模式下运行；电机通过联轴器驱动处于接触模式或间隙模式的齿轮单元工作；第五步：数据采集和传送部分采集齿轮单元的间隙角和负载端电机的转速，将采集的间隙角和负载端电机的转速传送到控制器中，以供控制器根据采集的间隙角和负载端电机的转速计算当前的控制输入量。