[发明专利]对数控的、弹性的并因而是振荡的多质量系统进行转矩预控制的方法和调节结构

说明书

本发明涉及一种对数控的、弹性的并因而是振荡的多质量系统，例如机床、机器人等进行转矩预控制的方法以及调节结构。

其电动机与诸如机床工作台等的负载间不存在刚性连接的驱动系统系弹性的并因而是振荡的多质量系统。

对这种驱动系统的速度或加速度及转矩进行预控制采取的传统方法的前提是，在电动机和负载间存在刚性连接。因而当这种方法用于弹性系统时，其功能将受到很大的局限并且误差比例也很高。

迄今尚未有适于对弹性系统进行预控制的方法。

故本发明的目的在于提出一种对数控的、弹性的并因而是振荡的多质量系统进行转矩预控制的方法以及调节结构，所述方法和调节结构考虑到了电动机与负载间的弹性特性。

本发明的目的通过采取具有下述步骤的方法得以实现：1．1首先产生指令参数，由用于运动控制的至少四阶的控制模型计算出用于注入额定运动状态的参数，确切地说由控制模型推导出，1．2一个轴的位置给定角，该位置给定角经位置给定值电路按插入节拍注入每个轴调节回路，1．3一个轴的转速给定值，该转速给定值经转速预控制电路按插入节拍注入每个轴调节回路，1．4一个轴的驱动转矩给定值，该驱动转矩给定值经转矩预控制电路按插入节拍注入每个轴调节回路，1．5同样由控制模型推导出一个造成振荡的、附属于多质量系统的特有的固有频率的弹性转矩并通过将干扰参数加入转矩预控制电路对弹性转矩进行补偿。

在本发明方法的第一个有益的设计中实现了通过附加的自由度按插入节拍对加速度的预给定。此点是通过采取下述的进一步的方法步骤实现的：2．1在控制模型中采用五阶或五阶以上的多项式进行精密插入。

按照本发明方法的另一有益的设计实现了仅冲击的导数具有变化曲线的不连续性。此点是通过采取下述的进一步的方法步骤实现的：3．1在精密插入范围内，由用插入间隔平均的变化推导出有待于注入的额定值。

按照本发明方法的另一有益的设计实现了用最小的计算代价求出平均值。此点是通过采取下述进一步的方法步骤实现的：4．1直接由控制模型取求路径导数平均值所需的积分，4．2以同样的显方式求出路径的平均值，其中分别将所有多项式的各项累加成路径的总积分并在插入间隔上求出和差。

另外，本发明还提出一种调节结构，该调节结构特别适用于实现本发明的目的，这是因为该调节结构以很小的代价即可有效地实施本发明的方法。该调节结构具有如下部件：5．1备有一个用于运动控制的至少四阶的控制模型，用于产生为注入额定运动状态的指令参数，其中对每个轴调节回路5．2备有一个用于按插入节拍注入轴位置给定角的位置给定值电路，5．3备有一个用于按插入节拍注入轴转速给定值的转速预控制电路，5．4备有一个用于按插入节拍注入轴驱动转矩给定值的转矩预控制电路，其中5．5为对造成振荡的、附属于多质量系统的特有的固有频率的弹性转矩进行补偿，备有一个用于将干扰参数接入转矩预控制电路的机构。

按照本发明的调节结构的一种有益的进一步设计实现了仅冲击的导数在变化曲线上是非连续的。为此采用了下述器件：6．1备有一个精密插入器，该插入器用于插入由用插入间隔平均出的输入参数求出的待注入的额定值。

下面将结合实施例并对照附图对本发明的进一步细节和优点加以说明。图中用相同的附图标记对具有相同功能的相同部件加以标示。附图中：

图1示出对弹性驱动系统进行预控制的调节结构；

图2为弹性系统中控制模型与轴机械机构间的偏差示意图；

图3为弹性系统中用于注入运动状态所需的转矩示意图；

图4示出对刚性驱动系统进行预控制的调节结构；

图5示出沿圆轨迹运行的x轴的标准笛卡尔运动状态；

图6示出在定位过程中的四阶控制模型的标准状态和

图7示出与图6相符的在定位过程中轴机械机构的标准状态。

本发明中的驱动系统系指一个由诸如电驱动装置等的促动器、耦合器件、诸如机床轴或机器人轴等被驱动的负载及附加在这些轴上的负载构成的系统。所述驱动系统具有用于调节和/或控制的机构。

用于对刚性的驱动系统进行预控制的、也可以应用于弹性驱动系统的方法的前提是，机械的固有振荡被充分吸收，以致存在的是一个准刚性系统，对该准刚性系统采用两个积分器的串联电路加以描述。插入器要求，在继续处理前轴位置-和速度给定值按插入节拍精密地插入轴调节回路。为此采用了三阶多项式：