[发明专利]一种刚-柔耦合机电伺服系统的振动控制方法

说明书

本发明公开了一种刚‑柔耦合机电伺服系统的振动控制方法，包括：分别采集驱动电机和负载电机上的编码器数据，实时获取柔性轴杆两端的扭转角度，计算得到所述柔性轴杆上任意位置处的微元的扭转角度，根据所述柔性轴杆的长度、极惯性矩、弹性模量和转动惯量，计算得到频域特征方程；利用所述频域特征方程，计算得到所述柔性轴杆和刚性驱动飞轮之间的耦合力矩；建立所述刚性驱动飞轮平衡方程；将所述耦合力矩带入所述平衡方程，得到系统的分数阶传递函数模型；根据所述分数阶传递函数模型，建立分数阶控制器，利用所述控制器，对所述系统进行振动控制。本专利所涉及的方法通过分数阶模型准确描述粘弹性材料的动力学行为，有效抑制系统的残余振动。

技术领域

本发明涉及动力与传动技术领域，尤其是涉及一种刚-柔耦合机电伺服系统的振动控制方法。

背景技术

刚-柔耦合机电伺服系统广泛应用于航空航天、机械制造、机器人等工业领域。该系统由驱动电机及编码器、传送带、刚性驱动飞轮、柔性轴杆、刚性负载飞轮、负载电机及编码器等部分构成。为了提高系统响应速度和降低功耗，柔性轴杆采用轻质柔性的粘弹性材料制造，继而形成了刚性飞轮和柔性轴杆互相耦合的机电伺服系统。柔性结构的存在会使得该系统在伺服控制结束后产生持续的残余振动，削弱了伺服控制精度，严重情况下甚至会危害到生产安全。为了抑制残余振动，首先需要掌握柔性结构的动力学特性，构造动力学模型。然而，传统的整数阶Maxwell’s模型、Voigt’s模型、Kelvin模型、Zener模型和多项式组合的数学模型无法准确描述粘弹性材料、碳纳米复合材料等轻质柔性材料的动力学行为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刚-柔耦合机电伺服系统的振动控制方法，以解决现有技术中存在的振动控制方法无法准确描述粘弹性材料、碳纳米复合材料等轻质柔性材料的动力学行为和伺服控制结束后产生持续的残余振动。本专利所涉及的振动控制方法能够准确描述粘弹性材料的动力学行为，所涉及的振动控制方法结构简单且能有效抑制系统的残余振动。

本发明提供的一种刚-柔耦合机电伺服系统的振动控制方法，包括：

一种刚-柔耦合机电伺服系统的振动控制方法，其特征在于，包括：

分别采集驱动电机和负载电机上的编码器数据，实时获取柔性轴

杆两端的扭转角度，计算得到所述柔性轴杆上任意位置处的微元

的扭转角度，根据所述柔性轴杆的长度、极惯性矩、弹性模量和

转动惯量，计算得到频域特征方程；

利用所述频域特征方程，计算得到所述柔性轴杆和刚性驱动飞轮

之间的耦合力矩；

建立所述刚性驱动飞轮平衡方程；

将所述耦合力矩带入所述平衡方程，得到系统的分数阶传递函数模型；

根据所述分数阶传递函数模型，建立分数阶控制器，利用所述控制器，对所述系统进行振动控制。

本发明提供一种刚-柔耦合机电伺服系统的振动控制方法，与现

有技术相比，分数阶微积分在保留整数阶微积分特性的前提下，

还具备历史记忆效应，能够精确刻画具有粘弹性特性的轻质柔性

材料的复杂动力学行为；分数阶微积分还能够为设计者提供额外

的设计自由度以改造、提升现有控制器的控制性能，获得更好的

振动控制效果。因此，本发明专利构建了一种能够描述刚-柔耦

合机电伺服系统的分数阶动力学模型，并在此基础上开发出一套

分数阶PD控制器以抑制系统的残余振动。

附图说明