[发明专利]一种基于双电机驱动的快速伺服控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模型预测控制的双电机快速伺服控制方法。以模型预测控制为基础，在有齿轮侧隙的双电机伺服全闭环控制系统中，采用分段控制方法，对高速运行和精确到位两段控制分别采用不同的协调控制方法。通引入协调电流i^*_co：一方面，在大误差带高速运行中动态调节双电机转矩分配，使双电机运行转速保持同步，避免高速运行抖动；另一方面，在伺服接近到位的过程中，采用恒定协调电流提高系统刚度，避免侧隙造成的震荡。本发明实现了双电机伺服系统的快速、准确、稳定控制。

技术领域

本发明属于伺服控制技术，具体为一种基于双电机驱动的快速伺服控制方法。

背景技术

由永磁电机与减速器等传动机构组成的电动伺服系统广泛应用于工业伺服和军工产品。由于减速器等机构存在传动间隙，负载端位置反馈与电机轴位置存在死区，在死区范围内，电机转矩无法有效传递到负载侧，这一方面会降低传动效率，更重要的是会导致伺服控制到位误差增大，甚至在伺服到位后产生抖动、摇晃等低品质表现，因此高品质控制具有重要意义。

当前科研人员研究的提高传动刚度方法可分为两类：1、基于单电机的驱动控制方法，通过内模控制、滑模控制等控制方法与模型观测器相结合补偿由于气隙造成的到位误差和扰动。2、基于双电机的驱动控制方法，通过制造两台电机驱动过程中的不平衡转矩主动消除传动间隙。其中，单电机控制方法需要大量包括控制器参数、模型参数等需要整定和测量的参数支持，实际使用中非常不便，且在变参数、变环境状态下的抗扰能力差。双电机方法可以实现主动消隙，然而，不平衡消隙会造成系统，一方面，消隙产生的变形扭转力矩会造成额外负载，影响负载运动速度，另一方面，传动系统长期处于高度变形状态会加速疲劳、老化，进而影响寿命。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于双电机驱动的快速伺服控制方法，以抑制传动间隙造成的抖动和到位震荡。

实现本发明目的的技术方案为一种基于双电机驱动的快速伺服控制方法，具体步骤为：

步骤1，通过位移指令与编码器测量所得负载位移反馈计算位移误差，位移误差经过比例环节生成电机速度环指令转速；

步骤2，判断电机以及负载是否进入小误差带，判断方法为：若位移误差大于误差阈值，电机以及负载未进入小误差带；否则，进入小误差带；

步骤3，速度环模型预测控制器根据速度环速度反馈与指令转速计算规划未来电机N个采样周期参考转速轨迹，通过模型预测算法预测未来电机K个采样周期的转速预测值，并建立基于参考转速与预测转速差值的损失函数，通过搜索损失函数极值计算电流参考值；

步骤4，将参考电流与双电机转速作为扩展观测器输入，通过扩展观测器估计阻尼系数，输出参考电流；

步骤5，根据参考电流确定协调电流，电流分配器通过控制协调电流控制双电机运行；

步骤6，永磁同步电机电流控制器分别按照参考电流控制永磁电机1与永磁电机2电流，分别做作i_d＝0控制，i_d是在dq轴坐标系下，电流的d轴电流，并把实测q轴电流反馈至速度环模型预测控制器。

优选地，电流参考值的计算过程为：

构建速度环模型预测控制器控制对象的运动方程，速度环模型预测控制器控制对象由两个电机和负载组成，运动方程具体为：