[发明专利]一种基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制系统，其特征在于，包括阻抗控制环、扰动观测器、反馈补偿控制器和作动器控制环，其中：

所述阻抗控制环用于根据阻抗模型P_k及预设的当前时刻t串联弹性驱动器负载端的目标位置/角度得到当前时刻t串联弹性驱动器实际目标位置/角度

所述扰动观测器用于根据串联弹性驱动器负载动态模型的逆名义模型和当前时刻串联弹性驱动器负载端的实际位置/角度得到当前时刻的补偿量

所述反馈补偿控制器用于根据当前时刻t串联弹性驱动器实际目标位置/角度及实际位置/角度得到当前时刻的补偿量

所述作动器控制环用于根据及计算得到当前时刻作动器目标位置/角度并基于及计算当前时刻t作动器实际目标位置/角度最后控制串联弹性驱动器的作动器实时跟踪实际目标位置/角度以此实现串联弹性驱动器对目标阻抗的实时跟踪。

2.如权利要求1所述的基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制系统，其特征在于，所述阻抗模型P_k具体为如下关系式：

其中，K_s和D_s分别为预设的串联弹性驱动器期望的刚度和阻尼，F^t为当前时刻外部负载力，Δl^t为当前时刻t负载端目标位置/角度的变化量。

3.如权利要求1所述的基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制系统，其特征在于，当前时刻t串联弹性驱动器实际目标位置/角度具体采用如下步骤计算获得：

1)首先依据阻抗模型P_k及当前时刻外部负载力F^t得到当前时刻负载端目标位置/角度的变化量Δl^t；

2)再基于预设的当前时刻串联弹性驱动器负载端的目标位置/角度及变化量Δl^t得到串联弹性驱动器实际目标位置/角度

4.如权利要求1所述的基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制系统，其特征在于，所述扰动观测器包括第一二阶巴特沃兹滤波器和第一比例控制器，其采用如下公式计算当前时刻t的补偿量

其中，Q₁(s)为第一二阶巴特沃兹滤波器的传递函数，p₁为第一比例控制器的控制参数，为前一时刻t-1作动器实际目标位置/角度。

5.如权利要求1所述的基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制系统，其特征在于，所述反馈补偿控制器包括第二二阶巴特沃兹滤波器和第二比例控制器，其采用如下公式计算当前时刻t的补偿量

其中，Q₂(s)为第二二阶巴特沃兹滤波器的传递函数，p₂为第二比例控制器的控制参数。

6.如权利要求1-5任一项所述的基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制系统，其特征在于，所述作动器控制环包括用于控制作动器动作的PID控制器，通过该PID控制器的控制实现作动器对实际目标位置/角度l_r的精确跟踪。

7.一种基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1根据阻抗模型P_k及预设的当前时刻t串联弹性驱动器负载端的目标位置/角度计算当前时刻t串联弹性驱动器实际目标位置/角度

S2根据串联弹性驱动器负载动态模型的逆名义模型和当前时刻串联弹性驱动器负载端的实际位置/角度计算当前时刻的补偿量

S3根据当前时刻t串联弹性驱动器实际目标位置/角度及实际位置/角度计算当前时刻的补偿量

S4根据及计算得到当前时刻作动器目标位置/角度并基于及计算得到当前时刻t作动器实际目标位置/角度

S5控制串联弹性驱动器的作动器实时跟踪实际目标位置/角度以此实现串联弹性驱动器对目标阻抗的实时跟踪。