超聲波電機伺服控制系統不對稱滯回補償控制裝置及方法與流程

技術特征：

1.一種超聲波電機伺服控制系統不對稱滯回補償控制裝置，包括控制系統、基座和設于基座上的超聲波電機，其特征在于：所述超聲波電機一側輸出軸與光電編碼器相連接，另一側輸出軸與飛輪慣性負載相連接，所述飛輪慣性負載的輸出軸經一聯軸器與力矩傳感器相連接，所述光電編碼器的信號輸出端、所述力矩傳感器的信號輸出端分別接至控制系統；所述控制系統包括一不對稱補償控制器。

2.根據權利要求1所述的超聲波電機伺服控制系統不對稱滯回補償控制裝置，其特征在于：所述控制系統包括超聲波電機驅動控制電路，所述超聲波電機驅動控制電路包括控制芯片電路和驅動芯片電路，所述光電編碼器的信號輸出端與所述控制芯片電路的相應輸入端相連接，所述控制芯片電路的輸出端與所述驅動芯片電路的相應輸入端相連接，以驅動所述驅動芯片電路，所述驅動芯片電路的驅動頻率調節信號輸出端和驅動半橋電路調節信號輸出端分別與所述超聲波電機的相應輸入端相連接；所述不對稱補償控制器設置于控制芯片電路中。

3.根據權利要求1所述的超聲波電機伺服控制系統不對稱滯回補償控制裝置，其特征在于：所述聯軸器為一彈性聯軸器。

4.一種超聲波電機伺服控制系統不對稱滯回補償控制方法，其特征在于，包括以下步驟：建立一不對稱滯回數學模型，在不對稱滯回數學模型的基礎進行不對稱補償控制，從而使得系統力矩速度的特性接近線性關系，通過在減小辨識動態誤差的同時也使得伺服系統滯回最小，具體包括以下步驟：

步驟S1：超聲波電機驅動系統的動態方程可以寫為：其中A_p＝-B/J,B_P＝J/K_t>0,C_P＝-1/J；B為阻尼系數，J為轉動慣量，K_t為電流因子，T_f(v)為摩擦阻力力矩，T_L為負載力矩，U(t)是電機的輸出力矩，θ_r(t)為通過光電編碼器測量得到的位置信號；

步驟S2:建立一不對稱滯回模型；

步驟S3：輸入信號v(t)先經過逆不對稱滯回系統，其輸出作為控制信號進入不對稱滯回系統，使用不對稱補償控制使得系統力矩速度的特性接近線性關系。

5.根據權利要求4所述的超聲波電機伺服控制系統不對稱滯回補償控制方法，其特征在于：步驟S2具體包括以下步驟：

步驟S21：所述不對稱滯回模型結合了函數S_r和密度函數p(r)描述遲滯的非線性，v(t)為輸入信號，Φ[v](t)為不對稱滯回系統的輸出信號，r為系統待辨識的初始參數，所述不對稱滯回模型為：

p(r)為密度函數，S_r[v](t)為函數，其定義如下：

S_r[v](t)＝s(v(t),S_r[v](t_i))，

對于t_i<t<t_i+1且0≤i≤N-1，

s(v,z)＝max(v_l-r,min(v_r(v)+r,z))

不對稱滯回模型的輸出表示為：

步驟S22：當輸入單調遞增或者單調遞減時，不對稱滯回模型的輸出分別表示為∏⁺[v](t)和∏^-[v](t)：

當輸入單調遞增或者單調遞減時，F_r[v](t)的輸出表示為：

因此，式(2.45)表示為：

然后，得到式(2.45)為：

式(2.52)進一步的表示為：

因為包絡函數γ_l和γ_r是可逆的，因此式(2.53)表示為：

得到不對稱滯回模型的輸出表示為：

不對稱滯回模型的輸出∏^-[v](t)表示為：

然后，將密度函數和F_r[v](t)代入不對稱滯回逆模型的輸出方程，得到方程為：

逆不對稱滯回模型由初始加載曲線得到：

修改后的初始加載曲線不對稱滯回模型表示為：

不對稱滯回模型的密度函數表示為：

不對稱滯回模型表示為：

上述公式表明，不對稱滯回模型由初始加載曲線表示，逆不對稱滯回模型表示為：

其中是逆不對稱滯回模型的閾值而表示的是改進的逆初始載荷曲線；

步驟S23：不對稱滯回模型表示為：

該不對稱滯回模型(2.63)的逆表示為：

所以，逆不對稱滯回模型表示為：

為了得到逆不對稱滯回模型的參數，用下面方程：

當j＝1,2,K n且r₀＝0時，F[v]等于信號的輸入v：

F_r＝0[v]＝v (2.67)

當j＝0，不對稱滯回模型的輸出為：

∏[v](t)＝p(0)v (2.68)

因此，當r₀＝0時，逆不對稱滯回模型表示為：

∏^-1[v](t)＝(p(0))^-1v (2.69)

改變閾值r，初始加載曲線表示為：

當且僅當p₀＝p(0)時；

以類似的方式改變初始加載曲線的閾值r，得：

當且僅當時；

逆的閾值是正的，并且與正的閾值相關；

式(2.66)的導數關于閾值表示為：

逆密度函數的權重用不對稱模型表示為：