[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

说明书

本发明提供了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，在传统输入整形法的基础上，加入自调整参数模型跟踪控制，通过设计补偿控制器对系统参数变化引起的误差进行有效抑制；在系统实际模型参数与理想模型参数存在偏差时，利用黄金分割法来寻找模型跟踪控制中补偿控制器的优化参数。本发明的有益效果是：在输入整形法的基础上，加入自调整参数模型跟踪控制，通过优化补偿控制器参数来抑制由系统参数变化引起的振动；在系统模型参数发生不同程度变化时，利用黄金分割法来寻找模型跟踪控制中补偿控制器的优化参数，使其适用于大范围频率振动情况，增强系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，尤其涉及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。

背景技术

为了达到高负载比的性能，一些弹性连接装置常被用到伺服系统中(如图3所示，为典型双惯量机械传动装置模型)，这些弹性装置会导致位置传输的滞后误差，当伺服系统由高转速突然停止，对目标位置进行定位时，其负载末端会发生强烈的抖振现象，影响伺服系统的稳定性和快速定位性能。

输入整形法是将输入信号与一系列脉冲信号进行卷积，从而对其进行修正得到整形后的信号输入系统从而抑制一定频率末端振动的方法，输入整形技术由于其原理简单，实施性强等优点被广泛应用于振动抑制中，但是输入整形对模型偏差很敏感，当系统参数出现较大变化时不能进行有效抑制，并且在运行过程中不断调整整形器参数需要牺牲系统的响应时间，振动抑制速度变慢。模型跟踪控制方法简单，由理想模型、实际模型和补偿控制器组成，通过设计补偿控制器可以对系统参数变化引起的误差进行有效抑制，效果优良，适用范围较广。将输入整形与模型跟踪控制相结合，可以快速有效抑制由系统参数变化引起的振动。

现有类似已公开的专利：一种基于输入整形器的机器人关节末端残余振动抑制方法(CN107738273A)华南理工大学，该专利的技术方案包括：

步骤一：获取机器人系统无阻尼固有频率ω₀和阻尼比ζ；

步骤二：建立关于输入整形器脉冲幅值参数的线性规划问题数学模型；

步骤三：采用拉格朗日乘子法解出脉冲幅值表达式，迭代求得脉冲幅值最优解；

步骤四：将脉冲幅值最优解与脉冲发生时间结合组成控制误差优化输入整形器；

步骤五：将参考信号与控制误差优化输入整形器做卷积运算得到新的整形信号，对其做预测路径规划处理后，再利用该信号去驱动系统以抑制机器人末端残余振动。

现有技术存在的不足：现有方法在重复型伺服系统中，当系统模型参数存在偏差时，不能快速进行末端振动抑制。

输入整形法作为前馈控制能在误差产生之前对振动进行抑制，但是当参数发生较大范围变化时，输入整形器振动抑制效果差，并且在运行过程中不断调整整形器参数需要牺牲系统的响应时间，振动抑制速度变慢。在重复型伺服系统中，需要快速有效的振动抑制方法来保证实际生产的效率和质量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了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，主要包括以下步骤：

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；