一种伺服系统摩擦的处理方法与流程

技术特征：

1.一种基于库伦模型和补偿法的伺服系统摩擦处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过速度指令规划单元为伺服系统规划出带有时间间隔的两段速度指令；

步骤二：摩擦模型测试单元在步骤一所述的两端速度指令时间内，分别在电机转速为正的半个周期内和负的半个周期内在线测试给定转矩，测试出初始摩擦模型F′_c；

步骤三：库伦模型辨识单元根据步骤二测试得到的初始摩擦模型，经过数学处理，辨识得到库伦模型F_c；

步骤四：库伦模型前馈单元根据步骤三得到的库伦模型，利用电机的转矩系数，得到模型前馈电流I_c，电机转速与给定转速的差值传输到速度控制器中，输出调节电流I_ω；

步骤五：电流指令生成单元和第一补偿方程单元、补偿单元、第二补偿方程单元形成的反馈环中，电流指令单元接收第二补偿方程的补偿电流I_b，并接收步骤四得到的模型前馈电流I_c和输出调节电流I_ω，生成下一时刻电流指令传输至电机中，所述电流指令经过第一补偿方程输入至补偿单元，同时电机转速也传输至补偿单元，补偿单元的输出信号经过第二补偿方程生成新的补偿电流I_b+1。

2.根据权利要求1所述的基于库伦模型和补偿法的伺服系统摩擦处理方法，其特征在于，步骤一的带有时间间隔的两段速度指令的数学形式为频率不等的正弦波，幅值和频率的比值相等，两段转速指令分别为(a₁,ω₁)和(a₂,ω₂)，式中a₁和a₂分别表示两段转速指令的幅值，ω₁和ω₂分别表示两段转速指令的频率。

3.根据权利要求1或2所述的基于库伦模型和补偿法的伺服系统摩擦处理方法，其特征在于，步骤二的测试方法具体为：

在速度指令为正的和负的时，分别通过电机驱动器的数据记录功能测试此时的电机给定转矩，并将测试得到的速度、给定转矩数据予以保存，令F′_c为这一步骤得到的初始摩擦模型。

4.根据权利要求3所述的基于库伦模型和补偿法的伺服系统摩擦处理方法，其特征在于，步骤三具体为：

令给定转速信号为(a₁,ω₁)时电机工作在正向时的半个周期起始和结束时间为(t₁₁,t₁₂)，同理信号(a₂,ω₂)对应时间区间为(t₂₁,t₂₂)，

当电机转速为正时，在此区间内对步骤三测试得到的初始摩擦模型积分为：

$S_1={\∫}_{t_{11}}^{t_{12}}{F}_c^{\′}=F_c(t_{12}-t_{11})+{\mathrm{BA}}_1+T_L(t_{12}-t_{11})$

$S_2={\∫}_{t_{21}}^{t_{22}}{F}_c^{\′}=F_c(t_{22}-t_{21})+{\mathrm{BA}}_2+T_L(t_{22}-t_{21})$

式中，A₁和A₂分别为第一段速度指令在时间区间(t₁₁,t₁₂)的累积位移和第二段速度指令在时间区间(t₂₁,t₂₂)的累积位移，满足A₁＝A₂，B为电机的粘滞摩擦系数，T_L为负载转矩，S₁和S₂分别为带有时间间隔的两段速度指令，(a₁,ω₁)和(a₂,ω₂)为正时的初始摩擦积分值，F_c+为得到的速度指令为正时的库伦模型。将两式相减得到：

$F_{c+}=\frac{S_2-S_1}{t_{22}-t_{21}-(t_{12}-t_{11})}-T_L$

如果对电机转速为负时也仿照此操作，假设转速为负时的两组时间区间为(t′₁₁,t′₁₂)和(t′₂₁,t′₂₂)。得到速度指令为负时的库伦模型F_c-：

$F_{c-}=-\frac{S_2^{\′}-S_1}{t_{22}^{\′}-t_{21}^{\′}-(t_{12}^{\′}-t_{11}^{\′})}+T_L$

式中，S′₁和S′₂分别为转速信号(a₁,ω₁)和(a₂,ω₂)且速度为负时的初始摩擦积分值，将F_c+和F_c-取平均，辨识得到库伦模型F_c为：

$F_c=\frac{1}{2}\[\frac{S_2-S_1}{t_{22}-t_{21}-(t_{12}-t_{11})}-\frac{S_2^{\′}-S_1^{\′}}{t_{22}^{\′}-t_{21}^{\′}-(t_{12}^{\′}-t_{11}^{\′})}\].$

5.根据权利要求4所述的基于库伦模型和补偿法的伺服系统摩擦处理方法，其特征在于，步骤四具体为：

令电机转矩系数K_t＝n_pψ_f，式中n_p为电机极对数，ψ_f为电机转子磁链。根据步骤三得到的库伦模型F_c，得到模型前馈电流为：

$I_c=\frac{F_c\mathrm{sgn}\left(\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}\right)}{K_t}$

电机转速与给定转速的差值传输到速度控制器中，输出调节电流I_ω。

6.根据权利要求5所述的基于库伦模型和补偿法的伺服系统摩擦处理方法，其特征在于，步骤五具体为：

建立电机转速方程为：

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{n_p{\mathrm{\ψ}}_f{i}_q}{J}-\frac{F_f}{J}-\frac{T_L}{J}$

式中，ω为电机转速，为电机转速的导数，i_q为电机交轴电流，F_f为实际摩擦力矩，J为电机转动惯量，令过渡项a(t)为：

a(t)＝-(F_f-F_c)/J-T_L/J+(b-b₀)i_q

其中b＝n_pψ_f/J为过渡系数，b₀为过渡系数的标称值；将过渡项代入电机转速方程，可得到电机转速方程的简化形式为：

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=b_0{i}_q+a\left(t\right)$

建立如下形式的补偿方程：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{z}}_1=z_2-{\mathrm{\β}}_1(z_1-\mathrm{\ω})+b_0{i}_q\\ {\stackrel{\·}{z}}_2=z_3-{\mathrm{\β}}_2(z_1-\mathrm{\ω})\\ {\stackrel{\·}{z}}_3=-{\mathrm{\β}}_3(z_1-\mathrm{\ω})\end{array}\right.$

式中，z₁、z₂、z₃分别为中间变量1、中间变量2和中间变量3；分别为z₁、z₂、z₃的导数；β₁、β₂、β₃分别为补偿系数1、补偿系数2和补偿系数3，

将z₂和过渡系数做除法，得到补偿电流I_b即为：

$I_b=-\frac{z_2}{b_0}$

最终电流指令为：

$I_q^{*}=I_{\mathrm{\ω}}+I_c+I_b$

式中，I_ω为速度环调节器得到的速度调节电流，I_c为模型前馈电流，I_b为补偿电流。