[发明专利]一种伺服柔性负载新型速度控制方法

说明书

本发明公开了一种伺服柔性负载的速度控制方法，涉及伺服控制的技术领域。具体步骤如下：步骤一、摩擦模型建立步骤：通过泰勒级数展开工具，将伺服柔性负载的摩擦模型基于速度分段，并按照四段进行处理；步骤二、时变模型建立步骤：考虑伺服柔性负载的转动惯量变化和负载转矩变化，建立伺服柔性负载的时变模型；步骤三、摩擦时变估算步骤：利用步骤二得到的伺服柔性负载的时变模型，建立摩擦时变估算方程，用来估算包含“摩擦”和“时变”两个因素的综合时变项；步骤四、速度预测控制步骤：利用步骤三得到的综合时变项估算值，建立新的速度预测控制方程，用以计算所需要的速度控制律。本发明提高了伺服柔性负载速度控制的稳态精度和动态性能。

技术领域

本发明涉及伺服控制的技术领域，特别是一种针对性处理“摩擦”和“时变”两个因素的伺服柔性负载速度控制方法。

背景技术

在工业控制领域中，伺服系统的柔性负载连接工况是非常普遍的，比如用于金属切割、工业机器人、包装机、3D打印和纺织等等。用柔性负载机构的传统特征来区分，一般可以概括为伺服系统连接滚珠丝杠类负载、皮带类负载以及减速器类负载等。伺服系统的柔性负载大多属于高精度控制的场合，对伺服系统的控制稳态精度和动态性能都有着极高的要求。

伺服系统的柔性负载速度控制存在两大难点，一是负载转动惯量的实时变化往往难以捕捉，而如果不考虑负载转动惯量，速度控制的稳态精度和动态性能都会变差；二是柔性负载存在较为复杂的非线性摩擦转矩，如果不处理这部分非线性转矩，会持续造成速度控制的偏差，最终极大地影响稳态性能。

现有技术一般是采用离线辨识负载转动惯量并将其用于速度控制器参数设计，以及离线辨识非线性摩擦转矩并在速度控制器中予以补偿的方法。现有技术存在两大缺点：一是实时性不高，离线辨识一般用于学术研究的初期多一些，工业控制领域对在线实时性要求很高，离线辨识的方法难以在实际的工业控制领域应用；二是精度不高，现有技术的速度控制方法采用的还是基于传统PI控制的方法，只是将其参数随着负载惯量自调整，而由于柔性负载由于非线性很强，采用传统的PI控制方法本身控制精度还是难以达到业内的高要求。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是克服现有技术稳态精度和动态性能的不足，通过提出一种伺服柔性负载的速度控制方法，本发明提高了伺服柔性负载速度控制的稳态精度和动态性能。

技术方案：本发明为解决上述技术问题提出的一种伺服柔性负载的速度控制方法，包括以下步骤：

步骤一、摩擦模型建立步骤：通过数学的泰勒级数展开工具，将伺服柔性负载的摩擦模型基于速度分段，并按照四段进行处理；

步骤二、时变模型建立步骤：考虑伺服柔性负载的转动惯量变化和负载转矩变化，建立伺服柔性负载的时变模型；

步骤三、摩擦时变估算步骤：利用步骤二得到的伺服柔性负载的时变模型，建立摩擦时变估算方程，用来估算包含摩擦和时变两个因素的综合时变项，得到综合时变项估算值；

步骤四、速度预测控制步骤：利用步骤三得到的综合时变项估算值，建立新的速度预测控制方程，用以计算所需要的速度控制律。

其中：

步骤一所述的速度分段具体为：

第一段：反向运动摩擦力段，此段的速度区间为-ω_max≤ω≤ω_s；

第二段：反向静止摩擦力段，此段的速度区间为-ω_s＜ω＜0；

第三段：正向运动摩擦力段，此段的速度区间为0≤ω＜ω_s；

第四段：正向静止摩擦力段，此段的速度区间为ω_s≤ω≤ω_max；