[发明专利]一种旋转行波超声波电机的摩擦补偿的速度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波电机速度控制技术领域，具体指一种旋转行波超声波电机的摩擦补偿的速度控制方法。

背景技术

超声波电机日益广泛地应用于工业控制、精密仪器仪表、车载电器、办公自动化设备和航天器制造等领域，然而超声波电机的运动特性受到振动频率、温度、摩擦和负载的影响而表现出很强的非线性特征，特别是旋转行波超声波电机，通过定子和转子之间的摩擦来传递动力，电机的速度-转矩关系曲线特性与定子、转子的接触形变以及二者之间的摩擦力密切相关。摩擦对旋转行波超声电机的运动性能会产生严重不利影响，但，由于旋转行波超声电机中的摩擦变量不可测量，因此，对其进行有效补偿难度很大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺失和不足，提出一种旋转行波超声波电机的摩擦补偿的速度控制方法。根据USM的实际物理结构，可以确定输入信号首先经过摩擦作用后，再驱动转子转动，从而得到最终的输出信号的认识。本发明采用角编码器作为速度传感器，对其测量值进行解码和差分后获得超声电机速度，并反馈到控制用的数字信号处理器DSP，经DSP对摩擦进行估算，然后与PID控制算法计算结果叠加后输出，经过放大器放大后驱动超声电机。并包括：

1.旋转行波超声电机的混合模型的建立

采用非线性反馈系统结构来辨识USM的混合模型(如附图1所示)。

其中，N(·)表示非线性环节，DL(·)表示线性动态环节，u(k)、和w(k)分别表示超声电机的输入电压、输出转速和中间信号。结合USM的实际物理结构和已有的实验结果，可以确定N(·)表示USM的非线性摩擦环节，DL(·)表示超声波电机的线性动态环节。由附图1所示的非线性反馈系统混合模型的数学表达式为：

2.旋转行波超声电机线性动态环节DL(·)的参数辨识

为了辨识USM的线性动态环节DL(·)，需要设计一个特殊的输入信号，即一组带偏置的充分激励的正向数据信号。

由于原始输入/输出信号中包含一些高频成分的数据，首先要通过低通滤波器滤除这些数据，再对处理后的输入/输出数据使用自回归(ARX)模型进行辨识。其电机速度通过差分可由其增量表示，即：Δθ(k)＝θ(k)-θ(k-1)。

令Θ＝Δθ，则相应的ARX模型结构的形式如下：

A(q)Θ(k)＝B(q)u(k)+ε(k)

A(q)=1+a1q-1+K+ana+qna]]>

B(q)=b0+b1q-1+K+bnbqnb]]>

其中q^-1为后向延迟算子，ε(k)为白噪声。

模型的阶数选择一阶惯性环节。通过运用最小二乘法得到系统的动态线性模型的数学表达式为：

A(q^-1)＝1-αq^-1