[发明专利]具有间隙特性传动机构的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于齿轮伺服系统稳定性的控制技术，特别涉及具有间隙特性传动机构的控制系统。

背景技术

在伺服系统中，由于采用高速电机、受到空间限制或者需要改变运动方式，因此需要采用齿轮、丝杠以及涡轮蜗杆等传动机构。这类传动机构从结构上都存在着间隙，而间隙对传动机构的影响比较复杂，对于系统的静态影响，会增大系统静态误差；对于动态品质的影响，会促使输出量相位滞后，使系统的稳定裕度下降，振荡加强，动态品质变坏。

为了减少间隙对传动机构的影响，提高伺服系统的稳定系性，已知中国实用新型专利99219094号公开了“一种减振防缓装置”其特征是由外套和减振环构成，能够减少高速运转产生的齿轮振动。另外中国发明专利91106768号又公开了“一种低振动、低噪声齿轮的设计方法”，其特征是齿轮的啮入点在节点之后，齿轮的啮入点在中心连线之后，齿轮的啮入冲击小于啮出冲击。未见有关基于电路控制方面的报导。

发明内容

需要解决的问题：为了克服间隙对传动机构的影响，提高伺服系统的稳定系性，本发明提供了具有间隙特性传动机构的控制系统，在设计带有间隙非线性的系统中采用减小齿轮间隙和加入适当宽度死区并举的措施，解决了间隙对传动机构的不良影响，提高了系统的动态品质。

应用现有技术，系统在阶跃输入下，其输出量跟随输入量而变化，传动会产生相位滞后，因此，系统易出现超调。当系统出现超调时，电机反向转动，由于间隙的存在，输出角度在某一区间内不变，直到消除间隙后，输出量才反向逼近输入量。这时电机反向已具有一定速度，电机电枢已贮存了一定的动能，并将带动输出轴更快的反转，从而造成反向超调。当反向超调与正向超调相同时，系统保持自振。大大地影响了系统的稳定精度。根据奈奎斯特定理，推导出加入死区环节增大了控制系统对传动机构间隙的容许范围。根据传动机构产生极限环的条件为

A(ωn)·[1(1-λn2)2+(2ζλn)2-asKGθl+Δ2θl]=1]]>

其中，λ_n＝ω_n，p是传动机构的固有频率，ξ是机械阻尼比，A(ω)＝|G(ω)|。可推导出机电伺服系统稳定条件为

Δ<[Δ]＝2a_sf(λ)

当传动机构固定后，f(λ)为常数，所以系统稳定时允许的传动机构间隙值与死区的宽度成正比关系。

因此在设计中依据传动机构的间隙大小，适当的选取死区宽度，在一定范围内有效地抑制了传动机构的间隙给系统带来的影响，提高了系统的稳定性和稳定精度。