[发明专利]基于继电反馈的伺服系统间隙辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种辨识伺服系统间隙大小的方法，涉及伺服运动控制等领域，尤其 涉及基于继电反馈的伺服系统间隙辨识方法。

背景技术

在伺服系统中，丝杠和齿轮箱不可避免的会引入间隙。间隙是一种带有记忆特性 的硬非线性现象，它的出现会加速机械零件的磨损；在一些对精度要求比较高的场合，由它 导致振动、延迟和误差往往会降低系统的运动性能。从运动控制的精度以及伺服系统的可 靠性角度出发，辨识出伺服系统间隙大小是十分有必要的。

经对现有文献检索发现，日本专利申请号为2008-210127，英文名称为“MOTOR CONTROLDEVICEANDBACKLASHIDENTIFYINGMETHOD(电机控制装置及间隙辨识方法)”， 该技术通过频域方法实现对间隙大小的辨识，能够获得很好的辨识效果，另外还可以获得 系统总惯量和共振频率的信息。但是频域方法需要用到傅立叶变换，计算量大。

又经检索发现，GEBLER等在文献“IDENTIFICATIONANDCOMPENSATIONOFGEAR BACKLASHWITHOUTOUTPUTPOSITIONSENSORINHIGH-PRECISIONSERVOSYSTEMS(不含 位置传感器的高精度伺服系统齿隙辨识与补偿)”中使用发微小转矩脉冲的方法辨识出了 间隙，但是该方法需要在辨识之前将含有间隙的零件配置到间隙的一侧，此外还要求非常 大的负载惯量来吸收多发的转矩脉冲。

经检索还发现，VILLWOCK等在文献“TIME-DOMAINIDENTIFICATIONMETHODFOR DETECTINGMECHANICALBACKLASHINELECTRICALDRIVES(伺服系统间隙大小的时域辨识 方法)”中利用电机和负载在穿过间隙时的速度差异辨识出了间隙的大小，但是该方法假设 负载过间隙时速度保持不变，这在摩擦力比较大的场合显然是不合理的。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种辨识伺服系统间隙大小的方法，完全实 现自动化辨识。

发明内容

针对上存在的问题，本发明提供一种基于继电反馈的伺服系统间隙大小辨识方 法。本发明通过合理选择继电器和延时器参数让伺服系统以几十倍间隙大小的振幅振荡起 来，然后通过分析伺服电机的位置、速度信号以及控制器的输出信号就可以算出间隙的大 小，本发明具有完全自动化，辨识效果优良的特点。

本发明所述的基于继电反馈的伺服系统间隙辨识方法，包括以下步骤：

步骤一，伺服电机配置为力矩控制模式，先给定延时器的值d，预估足够大的间隙 大小bl₀，根据电压到转矩的增益K_t，测算出电机转动惯量J_M和等效负载转动惯量J_L，并据此 算出继电器值h，将d和h写入控制器，然后使电机运转起来；

步骤二，待伺服系统稳定振荡起来后，取出控制器输出信号及对应的伺服电机的 位置和速度信号，送到数据处理单元，可以初步估算出间隙大小bl₁；

步骤三，判断bl₁与bl₀的比值或者h已经取到h_min，则取bl₁为辨识的间隙值，否则重 新取bl₀为bl₁，重复步骤一和步骤二。

进一步地，步骤一中继电器幅值确定公式为：