[发明专利]一种直线力加载系统多余力补偿控制装置及补偿控制方法

权利要求书

1.一种直线力加载系统多余力补偿控制装置，其特征是：包括基座(1)、左支撑架(2)、右支撑架(3)、直线加载器(4)、伺服电机(5)、阻尼模块(6)、力传感器(7)、导向板(8)、加载头(9)、导杆(10)；所述基座(1)为矩形板状，所述左支撑架(2)、右支撑架(3)分别固定设置在基座(1)上板面左右两侧；所述直线加载器(4)活动设有加载轴，直线加载器(4)固定设置在左支撑架(2)左侧，直线加载器(4)的加载轴穿过左支撑架(2)；所述伺服电机(5)设置有速度传感器B，伺服电机(5)与直线加载器(4)固定连接，通过滚珠丝杠驱动直线加载器(4)的加载轴做直线运动；所述阻尼模块(6)一端与直线加载器(4)的加载轴固定连接，另一端与加载头(9)固定连接；所述导向板(8)为板状，其与加载头(9)固定连接；所述力传感器(7)固定粘结在加载头(9)外圆面；所述直线加载器(4)的加载轴、阻尼模块(6)、加载头(9)同轴设置；所述左支撑架(2)、右支撑架(3)之间还固定设置有导杆(10)，导向板(8)与导杆(10)滑动连接；所述基座(1)还设置有速度传感器A(11)；

直线力加载系统多余力补偿控制装置还包括速度同步补偿器、系统控制器；所述速度传感器A(11)、速度传感器B与速度同步补偿器电性连接；所述速度同步补偿器与系统控制器电性连接；所述力传感器(7)与系统控制器电性连接；所述系统控制器与伺服电机(5)电性连接；

直线力加载系统多余力补偿控制装置工作时，作动器(12)固定设置在右支撑架(3)上，作动器(12)的作动筒与加载头(9)固定连接；且加载头(9)通过直线加载器(4)的加载轴带动，对作动器(12)的作动筒施加预设加载力；作动器(12)的作动筒与速度传感器A(11)连接；

所述阻尼模块(6)包括壳体(6.1)、端盖(6.2)、滑动轴(6.3)、碟簧(6.4)；所述壳体(6.1)内设有圆柱形腔体，所述滑动轴(6.3)为设有轴肩的短阶梯轴，所述碟簧(6.4)有若干个，对称设置在滑动轴(6.3)的轴肩两侧；滑动轴(6.3)、碟簧(6.4)共同设置在壳体(6.1)内的圆柱形腔体中，通过端盖(6.2)对碟簧(6.4)施加有预压力；所述滑动轴(6.3)穿过端盖(6.2)延伸至端盖(6.2)外侧；所述阻尼模块(6)的壳体(6.1)与直线加载器(4)的加载轴固定连接；所述力传感器(7)固定粘结在滑动轴(6.3)外圆周面上。

2.根据权利要求1所述一种直线力加载系统多余力补偿控制装置，其特征是：所述速度传感器A(11)为光栅尺，通过其测得的作动筒的位移信号对时间微分得到速度信号。

3.根据权利要求1所述一种直线力加载系统多余力补偿控制装置，其特征是：所述速度传感器A(11)为位移传感器，通过其测得的作动筒的位移信号对时间微分得到速度信号。

4.根据权利要求1所述一种直线力加载系统多余力补偿控制装置，其特征是：所述速度传感器B为伺服电机(5)的内置角度编码器，通过其测得伺服电机(5)的旋转角度信号对时间微分得到伺服电机(5)的角速度，再通过滚珠丝杠的螺距计算得到加载轴的速度信号。

5.根据权利要求1所述一种直线力加载系统多余力补偿控制装置，其特征是：所述速度传感器B为伺服电机(5)外置的角度传感器，通过其测得伺服电机(5)的旋转角度信号对时间微分得到伺服电机(5)的角速度，再通过滚珠丝杠的螺距计算得到加载轴的速度信号。

6.根据权利要求1所述直线力加载系统多余力补偿控制装置的补偿控制方法，其特征是：直线力加载系统多余力补偿控制装置对作动器(12)的作动筒运动所产生的多余力的补偿控制，包括阻尼模块(6)衰减、加载头(9)运动补偿、力传感器(7)反馈闭环PID控制；其中加载头(9)运动补偿是对力传感器(7)反馈闭环PID控制进行前馈补偿，多余力的控制最终通过力传感器(7)反馈闭环PID控制实现；

所述阻尼模块(6)衰减是利用阻尼模块(6)中设置的碟簧(6.4)的弹性蓄能作用，衰减作动器的作动筒速度突变对直线力加载系统的多余力冲击，从而极大降低作动筒突然加速或减速时的多余力的波动幅度；

所述加载头(9)运动补偿是通过速度传感器A(11)、速度传感器B同步采集作动筒、及加载头(9)的运动速度，然后将作动筒、及加载头(9)的运动速度输入速度同步补偿器进行运算，计算出两者之间的速度差，最后将两者之间的速度差输入至系统控制器，作为补偿加在力传感器(7)反馈闭环PID控制的输出上，用于提前抑制作动筒的速度突变导致的多余力突变；

所述力传感器(7)反馈补偿为力闭环PID控制，通过比较力传感器(7)采集的实际施加的加载力、与预设加载力的偏差，动态调节伺服电机输出扭矩，输出扭矩经滚珠丝杠转换成加载力，直至力传感器(7)反馈力信号和预设加载力大小的偏差趋近于零。