[发明专利]一种谐波传动的高精度位置控制系统及方法

摘要

本发明涉及一种谐波传动的高精度位置控制系统及方法，针对谐波传动柔性带来的非线性死区特性，本发明采用了电流环套双速度环，再套位置环的控制结构，抑制了系统跟踪控制中的死区特性，提高了跟踪控制的精度。该控制方法主要利用了输出反馈多闭环的优势，采用电流环增加了输出力矩的平稳性，利用旋转编码器测出的位置解耦出电机转子的转速构成电机端的速度闭环，提前隔离了谐波减速器的柔性和摩擦等非线性特性，增强了电机抗干扰的能力。再结合负载端由测速机和光电编码器构成的外速度环和位置环对负载进行精确控制。与现有谐波传动的高精度控制技术相比，具有精度高、控制结构简单和便于调试的特性。

主权项

谐波传动的高精度位置控制系统，其特征在于：通过设计电机端速度环，将谐波减速器的非线性特性隔离在电机电流环和速度环之外，增加了直流无刷伺服电机的抗扰动能力，在电机速度环之外在设计负载速度环和负载位置环，实现谐波传动的高精度位置控制，克服谐波传动的非线性死区特性；所述控制系统包括：电流环控制器(1000)、电机端速度环控制器(1001)、负载端速度环控制器(1002)、负载端位置环控制器(1003)；电流环控制器(1000)和电机端速度环控制器(1001)所需硬件包括：直流无刷电机(100)、旋转编码器(101)和电机驱动器(110)；负载端速度环控制器(1002)所需硬件包括：直流无刷电机(100)、旋转编码器(101)、电机驱动器(110)、主控计算机(111)和测速机(108)；负载端位置环控制器(1003)所需硬件包括：直流无刷电机(100)、旋转编码器(101)、电机驱动器(110)、主控计算机(111)、测速机(108)和光电编码器(109)；其中旋转编码器(101)装在直流无刷电机(100)的尾部，利用旋转编码器(101)特性通过检测出直流无刷电机(100)内部转子的位置，并解耦出相应的速度和电流，以便能完成电机端速度环和电流环的设计；为尽量避免联接件之间造成的刚度损失，将电机的输出轴直连到谐波减速器(102)的波发生器上，作为减速器输入的高速轴，同时为了将直流无刷电机(100)和谐波减速器(102)的机壳固定在系统的机架(103)上，需要两个固定的过渡件，即第一过渡件(104)和第二过渡件(105)，通过这两个过渡件，直流无刷电机(100)和谐波减速(102)被固定在机架(103)上，谐波减速器(102)输出的低速轴用一个随负载转动的联接件(106)联接到负载(107)上。