[发明专利]一种基于切换系统理论的伺服转台摩擦补偿控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于切换系统理论的伺服转台摩擦补偿控制系统，包括：控制系统、调节系统、转台系统和摩擦估计系统；控制系统接收上位机信号和摩擦估计系统发送的信号并发送转速控制信号到调节系统；转台系统包括驱动器、伺服电机、传动装置、转台和测速装置；调节系统通过接收测速装置反馈的转速信号和控制系统发送的转速控制信号，实现对转速信号的调节；驱动器接收控制器发送的控制信号，然后发送相应的驱动信号给伺服电机，伺服电机通过传动装置带动转台转动，测速装置测得转台的转速反馈给调节系统和摩擦估计系统；摩擦估计系统包括ElastoPlastic模型和Stribeck模型，通过对切换条件的判断进入不同的模型进行摩擦力估计，并向控制系统反馈摩擦估计后的摩擦力大小。

技术领域

本发明涉及一种基于切换系统理论的伺服转台摩擦补偿控制系统及方法，属于伺服转台系统技术领域。

背景技术

伺服系统不但在国防军事等领域中有举足轻重的地位，在民用领域也有着重要的意义。伺服系统是雷达、惯性制导武器，数控机床，射电望远镜和光电云台的重要组成部分，其性能直接影响到设备的跟踪性能和定位性能。其中液压伺服系统具有结构简单、控制方式不难、能够提供较大转矩且可靠性高的优点，但液压伺服系统发热大、不易维护、效率低，相比之下，伺服转台系统具有惯量低、力矩大、效率高等特点，而且系统的稳定性较好和控制性能较高等优点。

在高性能、超低速伺服转台系统中，机械结构的形位和安装误差、表面粗糙度不均匀、润滑工况和磨损的改变，这些因素的存在会导致伺服转台系统的摩擦力矩会不断发生变化，这些非线性摩擦因素的存在会严重影响伺服系统的跟踪性能，主要体现为低速时的抖动、爬行现象，稳态时有较大静差或出现极限环现象，不期望的摩擦力矩会加剧转台内部的机械磨损。

为了消除非线性摩擦因素带来的误差，提高伺服转台系统的跟踪性能。在实际的伺服转台系统中基于模型来估算摩擦力大小并进行补偿是一种消除摩擦带来影响的有效方法。基于模型的补偿方法通常是在线估计摩擦模型的参数，将一个摩擦补偿项加入标准的控制算法对摩擦进行补偿，摩擦模型越真实就越能真实反映摩擦的动静态特性，摩擦的补偿效果就越好。

近些年来，针对摩擦的一些非线性特性，有许多的控制算法和控制结构。针对传统PI控制响应速度慢、控制性能低、超调量大等缺点，现有方法有基于模糊自适应PI的转速补偿、基于小波神经网络进行的补偿和基于摩擦模型和干扰补偿相结合的补偿，但是这些优化方法在实际的系统中不易实现，相关文献有《郭一达-基于模糊PI的高速转台转速控制算法研究》、《曾乐-基于小波神经网络的伺服转台系统控制研究》、《刘慧博-基于摩擦和干扰补偿的转台模糊反演滑模控制》。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于切换系统理论的伺服转台摩擦补偿控制系统及方法，具有控制结构简单，调节准确，转速输出稳定，控制性能高等优点。

本发明技术解决方案：

本发明的一种基于切换系统理论的伺服转台摩擦补偿控制系统及方法，包括：控制系统、调节系统、转台系统和摩擦估计系统；控制系统接收上位机信号和摩擦估计系统发送的信号并发送转速控制信号到调节系统；转台系统包括驱动器、伺服电机、传动装置、转台和测速装置；调节系统通过接收测速装置反馈的转速信号和控制系统发送的转速控制信号，实现对转速信号的调节；驱动器接收控制器发送的控制信号，然后发送相应的驱动信号给伺服电机，伺服电机通过传动装置带动转台转动，测速装置测得转台的转速反馈给调节系统和摩擦估计系统；摩擦估计系统包括ElastoPlastic模型和Stribeck模型，通过对转速信号的判断进入不同的模型进行摩擦力估计，并向控制系统反馈摩擦估计后的摩擦力大小。