[发明专利]齿轮传动系统中间隙参数的闭环辨识方法和装置

说明书

本发明提供了一种确定齿轮传动系统中间隙参数的闭环辨识方法和装置，所述方法包括根据伺服电机控制器参数调整齿轮传动系统处于闭环临界稳定状态，使伺服电机产生一个临界稳定的低频、低幅值的弱振正弦激励信号；通过离散采样获取一段时间范围内齿轮传动系统中主动齿轮输入的激励角位移数据信号和从动齿轮的输出响应角位移数据信号；提取多个完整周期内的主动齿轮的激励角位移数据信号和从动齿轮的输出响应角位移数据信号，并匹配同一周期内的输入和输出数据进行变换，获得输入数据的基波分量的幅值，以及输入数据与输出数据的基波分量之间的相位差；并采用迟滞特性的描述函数模型确定齿轮传动系统中的间隙参数。

技术领域

本发明涉及机械运动机构测量领域，尤其涉及一种齿轮传动系统中间隙参数的闭环辨识方法和装置。

背景技术

在由刚性齿轮构成的位置传动系统中，由于加工、装配运行磨损及使用环境等因素，主、从齿间不可避免地会出现一些静态空(间)隙。同时，摩擦、弹性变形和齿间的碰撞冲击等，也会产生相应的动态回差。尽管两类间隙产生的机制有所不同，但随着齿系主动端的往复驱动，都可能造成不必要的运动滞后、附加振荡或抖动等效应，且其承载能力甚至还会因间隙而出现明显下降。

为改善系统性能需要进行间隙补偿策略，这种补偿效果非常依赖于对间隙参数的掌握程度，故对间隙的辨识也就变得必不可少。其中就反映齿间啮合程度的静态间隙来说，它本质上是一种几何表征，而在往复运动情形下则反映的是主从传动过程中的位移关系。这类静态间隙的存在，会导致齿轮系统在反转的短暂时间内使得如电机等驱动源的负载发生改变，进而伴生地改变了驱动环节的动力学特性。静态间隙在产生迟滞非线性的同时，还将会导致一类称之为间隙反向耦合非线性的现象出现，使得反映迟滞特性的描述函数模型不能直接用于这类间隙的辨识。

发明内容

本发明提供了一种齿轮传动系统中间隙参数的闭环辨识方法和确定齿轮传动系统中间隙参数的闭环辨识装置，解决了不能直接采用迟滞特性的描述函数模型对齿轮传动系统中间隙参数进行确定的问题。

第一方面，提供了一种确定齿轮传动系统中间隙参数的闭环辨识方法，方法包括：

根据伺服电机控制器参数调整齿轮传动系统处于闭环临界稳定状态，使伺服电机产生一个临界稳定的低频、低幅值的弱振正弦激励信号；

通过离散采样获取一段时间范围内齿轮传动系统中主动齿轮输入的激励角位移数据信号和从动齿轮的输出响应角位移数据信号；

提取多个完整周期内的主动齿轮的激励角位移数据信号和从动齿轮的输出响应角位移数据信号，并匹配同一周期内的输入和输出数据，对每个完整周期内的输入数据和输出数据进行傅里叶变换，获得输入数据的基波分量的幅值，以及输入数据与输出数据的基波分量之间的相位差；

根据输入数据的基波分量的幅值，以及输入数据与输出数据的基波分量之间的相位差，采用迟滞特性的描述函数模型确定齿轮传动系统中的间隙参数。

在一个可能实现的方式中，根据伺服电机控制器参数调整齿轮传动系统处于闭环临界稳定状态，包括：

根据系统传函整定伺服电机控制器参数以调整齿轮传动系统处于闭环临界稳定状态，系统传函的形式为：

其中，K是待定增益系数，K＞0；τ是时间常数，τ＞0；n≥2为待定正整数；G_c(s)为位置环线性控制器的值，G_f(s)为位移测量滤波环节的值，G_p(s)为低频时驱动电机与齿轮传动系统构成的一阶环节的值。

在一个可能实现的方式中，根据系统传函整定伺服电机控制器参数，包括：

根据系统传函，采用因间隙的作用而交替出现的电机空载及加载现象，以及建立的间隙反向耦合非线性及其串联型描述函数模型整定伺服电机控制器参数。