[发明专利]一种具有自感知功能的滚珠丝杠副预紧力测控系统及方法

权利要求书

1.一种具有自感知功能的滚珠丝杠副预紧力测控系统，包括预紧装置与测控装置，其特征是：

所述预紧装置为双端输出的对称结构，包括超磁致伸缩棒，所述超磁致伸缩棒安装于线圈骨架中心，所述线圈骨架外侧缠绕有拾取线圈和激励线圈，所述激励线圈的外侧设置永久磁铁，所述超磁致伸缩棒两端分别通过两块导磁块与磁轭连接，所述超磁致伸缩棒与两端的导磁块外部套有轴套，每块导磁块的外部均设置有一个输出顶杆，所述输出顶杆通过预紧螺母与非导磁外壳连接，所述输出顶杆与非导磁外壳之间还设置有蝶形弹簧与限位筒，所述限位筒位于蝶形弹簧的外侧，所述输出顶杆与非导磁外壳之间通过预紧螺母调整蝶形弹簧及限位筒施加可调整的预紧力来提高超磁致伸缩棒的伸缩性能；

在预紧装置工作的过程中，超磁致伸缩棒采用组合式驱动方式：永久磁铁产生恒定的磁场为超磁致伸缩棒提供偏置磁场，防止倍频现象；激励线圈为该测控装置的超磁致伸缩棒提供驱动磁场，通过改变激励线圈的电流控制致动器输出预紧力的大小；

所述测控装置，包括计算机控制系统、数控恒流源与模数转换器；所述计算机控制系统分别与数控恒流源、模数转换器连接；所述数控恒流源连接预紧装置中的激励线圈，使激励线圈中通入电流产生磁场，激励线圈产生的磁场作用在超磁致伸缩棒上；所述模数转换器与预紧装置中的拾取线圈连接，所述拾取线圈测量超磁致伸缩棒的电压信号，拾取线圈测量的电压信号经过模数转换器传输至计算机控制系统；

所述永久磁铁为筒状结构，永久磁铁为超磁致伸缩棒提供偏置磁场；

所述超磁致伸缩棒设置于滚珠丝杠副的第一丝杠螺母与第二丝杠螺母之间，所述第一丝杠螺母与第二丝杠螺母通过平键相互连接，所述第一丝杠螺母与第二丝杠螺母通过滚珠与丝杠连接，所述超磁致伸缩棒两端的输出顶杆分别通过锁紧螺母、螺柱与第一丝杠螺母、第二丝杠螺母连接，所述锁紧螺母与第一丝杠螺母、第二丝杠螺母之间设置有垫片。

2.如权利要求1所述的一种具有自感知功能的滚珠丝杠副预紧力测控系统，其特征是：所述非导磁外壳内部设置有内螺纹。

3.基于如权利要求1-2中任一项所述的系统的控制方法，其特征是：具体步骤包括：

(1)前馈逆补偿控制：计算机控制系统中预先设定目标预紧力，将目标预紧力通过计算机控制系统中的前馈逆补偿控制器，消除超磁致伸缩棒固有的磁致非线性对输出力的扰动；

(2)反馈控制：将目标预紧力与反馈的计算机控制系统中计算出的拾取线圈自身感知的实际预紧力相比较获得控制偏差，将控制偏差通过分数阶PI^λD^μ控制器，消除滚珠丝杠副预紧力测控装置在工作过程中受未知干扰产生的误差；

(3)将步骤(1)中的结果与步骤(2)中的结果求和，根据结果调整数控恒流源中输出到激励线圈中的电流大小，进而最终使滚珠丝杠预紧力测控系统的输出力大小满足预紧要求。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征是：所述步骤(1)中，前馈逆补偿控制器采用已有前馈控制原理，基于扰动来消除扰动对被控对象的影响，在丝杠预紧力测控装置中把超磁致伸缩棒固有的磁滞非线性看作对输出的一种扰动动作，由系统的磁滞非线性模型计算出系统的逆磁滞模型，再根据逆模型确定前馈控制器的控制参数，实现对磁滞非线性的补偿。

5.如权利要求3所述的控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，所述分数阶PI^λD^μ控制器一共有五个参数K_P、K_I、K_D、λ和μ，其中K_P、K_I、K_D分别是比例、积分、微分增益，λ和μ为积分项和微分项的分数阶因子。