[发明专利]一种基于模型跟踪控制的伺服系统末端残余振动抑制方法

权利要求书

1.一种基于模型跟踪控制的伺服系统末端残余振动抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S101：对伺服系统进行建模，得到伺服系统的理想模型；所述伺服系统为带有弹性连接装置的伺服系统；

S102：根据所述理想模型，计算获得伺服系统的系统自然频率和阻尼比；

S103：根据所述系统自然频率和所述阻尼比设计输入整形器，并经过第一PD控制器得到控制输出，进而利用设计好的输入整形器构建负载端理想位置输出；

S104：设计补偿控制器，并将所述负载端理想位置输出和负载端实际位置输出的差值作为设计好的补偿控制器的输入，得到补偿输入；所述负载端实际位置输出的初始值为0；

S105：将所述补偿输入和所述控制输出的和作为驱动信号驱动伺服系统的实际模型，并得到实际模型的负载端实际位置输出，进而将得到的负载端实际位置输出返回至步骤S104，用于下一时刻的控制。

2.如权利要求1所述的一种基于模型跟踪控制的伺服系统末端残余振动抑制方法，其特征在于：步骤S101中，在时域下建立伺服系统的微分方程，并通过拉普拉斯变换将其变换到s域下，得到伺服系统的理想模型；所述理想模型的表达式如公式(1)所示：

上式中，J_M为电机转动惯量、θ_M为电机位置、T_M为电磁转矩、ω_M为电机角速度、J_L为负载端转动惯量、θ_L为负载位置、T_L为负载端转矩、ω_L为负载端角速度、T_w为弹簧的弹性转矩、C_w为弹簧的阻尼系数、K_w为弹簧的刚度系数。

3.如权利要求2所述的一种基于模型跟踪控制的伺服系统末端残余振动抑制方法，其特征在于：步骤S102中，根据所述理想模型，计算获得伺服系统的系统自然频率和阻尼比；具体如下：

将公式(1)经过变换，得到公式(2)：

进而根据公式(2)得到伺服系统的系统自然频率阻尼比

4.如权利要求3所述的一种基于模型跟踪控制的伺服系统末端残余振动抑制方法，其特征在于：步骤S103中，根据所述系统自然频率和所述阻尼比设计输入整形器，并经过第一PD控制器得到控制输出，进而利用设计好的输入整形器构建负载端理想位置输出；具体包括如下步骤：

S201：采用ZV整形器作为输入整形器，具体表达式如公式(3)所示：

上式中，t_i为第i个脉冲的作用时间，A_i为第i个脉冲的脉冲幅值，i＝1,2；

S202：给定理想输入θ_M^*(t)，并将θ_M^*(t)输入至所述输入整形器，得到整形后的信号θ_ZV(t)；

S203：将θ_ZV(t)与理想模型输出的理想电机位置θ_M(t)的差值θ_ZV(t)-θ_M(t)作为第一PD控制器的输入，得到控制输出V(t)；所述第一PD控制器为预先将参数调节好的PD控制器；离线调节所述第一PD控制器的P参数和D参数，当θ_L^*(t)达到零残余振动时，得到调节好的PD控制器；

S204：将V(t)作为所述理想模型的输入，得到负载端理想位置输出θ_L^*(t)和理想电机位置θ_M(t)，同时将理想电机位置θ_M(t)反馈至步骤S203，用于下一时刻的控制。