[发明专利]一种齿隙传动中电机伺服系统精确定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带齿隙传动的伺服系统中电机精确定位方法，该方法简单，定位精度高

背景技术

在机械传动控制中，齿轮传动由于其传动精度高，速度响应快，其应用面广，在机械传动控制中占主导地位。但是齿轮传动中存在着许多非线性因素，齿隙就是其中不可忽略的一个因素，它既是机械传递过程正常进行不可缺少的一种非线性，同时也是影响系统动态性能和稳态精度的重要因素。

齿轮啮合必须满足一定的齿隙最小间距才能保证不发生滞塞现象，而齿轮在加工中也存在一定的加工误差，随着使用时间的延长，齿轮磨损加大也会造成齿隙加大。齿隙的存在一方面对于存在可逆运转的传动装置造成了回差，引起具有滞环形式的非单值非线性。另一方面，系统也会因极限环振荡或冲击而降低性能甚至变得不稳定，并且齿轮刚性的碰撞将会产生严重的振荡和噪音。因此，研究齿隙所带来的非线性影响以及如何消除齿隙所带来的影响，对于提高传动精度具有重大的研究价值。

随着控制要求不断提高和齿隙非线性研究逐步深入，齿隙模型不断完善，如齿隙的迟滞模型、死区模型、“振-冲”模型等，这些模型描述齿隙各有优缺点。针对这些模型，不少学者也从控制理论的角度提出了许多控制算法，这些算法多采取补偿控制的方法，主要包括逆模型补偿、直接补偿、切换补偿等。这些方法有的需要依赖于一定的齿隙模型，有的控制策略太复杂，使得控制不易实现。此外，工程中还采用一定的工程技术手段达到消除齿隙的目的，常采用的是机械消除和多电机同步联动消除齿隙的方法。但是机械消除的方法需要设计各种消隙结构和传动结构，对这些机构的制造精度要求比较高，同时也增加了系统的复杂程度，可靠性也不高。多电机联动消隙的方法是在主轴启动过程中，两组电机提供大小相等，方向相反的力矩，形成一对偏置力矩，使两组小齿轮分别贴紧主轴齿轮的两个相反的啮合面，导致大齿轮不能在齿轮的间隙内摆动。这种方式一定程度上消除了齿隙带来的影响，但是需要增加一组驱动装置，系统复杂程度增加，同时带来驱动子系统之间同步协调等新问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明实施例提供一种带齿隙传动的伺服系统中电机精确定位方法，以解决现有技术的问题。

一种带齿隙传动的伺服系统中电机定位方法，所述伺服系统包括电机、第一旋转变压器、第二旋转变压器、具有齿隙的齿轮传动系统和控制器，其中所述控制器采用位置环、速度环和电流环三闭环控制，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

利用所述第一旋转变压器测量所述传动系统输出端的位置信息，利用所述第二旋转变压器测量所述电机的转子位置，

利用所述电机的转子位置计算出电机的速度信息作为速度反馈，形成电机的速度环控制，

根据所述电机的定位要求的控制精度和所述齿隙设置位置环的期望值，利用所述传动系统输出端的位置信息经反馈后通过所述控制器的位置环调节，将所述位置环的输出值作为速度环的期望值，

所述速度环的期望值与电机速度反馈值比较后，经速度环调节，将所述速度环的输出值作为电流环的期望值，最后经电流环调节，完成三闭环控制。

优选地，当所述电机的定位要求的控制精度大于所述传动系统的齿隙时，将位置期望值输入速度环，然后通过三闭环控制系统控制电机运转，让电机运行到期望位置；

当电机要求的控制精度小于所述传动系统的齿隙时，首先计算位置期望值与所述第一旋转变压器输出的位置信息之间的误差，随后将其与所述控制精度进行比较，当所述误差在所述控制精度范围内时，将位置环的输出值置为零，即速度环的期望值设为零。

一种带有伺服系统的机器人关节，其特征在于，所述伺服系统包括电机、第一旋转变压器、第二旋转变压器、具有齿隙的传动系统和控制器，其中所述控制器采用位置环、速度环和电流环三闭环控制；

所述第一旋转变压器用于测量所述关节的位置信息，所述第二旋转变压器用于测量所述电机的转子位置，

所述电机的转子位置用于计算电机的速度信息作为速度反馈，形成电机的速度环控制，

所述控制器根据所述电机的定位要求的控制精度和所述齿隙设置位置环的期望值，所述关节的位置信息经反馈后通过所述控制器的位置环调节，所述位置环的输出值作为速度环的期望值，

所述速度环的期望值与电机速度反馈值比较后，经速度环调节，将所述速度环的输出值作为电流环的期望值，最后经电流环调节，完成三闭环控制。