[发明专利]被动式多维力-力矩伺服加载平台控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种被动式多维力-力矩伺服加载平台控制系统，其特征在于：包括被动式多维力-力矩加载平台、控制单元、电气接口模块、伺服信号功放单元、位姿传感器和六维力传感器；

所述控制单元连接电气接口模块，电气接口模块连接伺服信号功放单元，伺服信号功放单元连接被动式多维力-力矩加载平台；

所述位姿传感器固定安装在被动式多维力-力矩加载平台上，位姿传感器电连接电气接口模块，用于实时采集被动式多维力-力矩加载平台的位姿信号；

所述六维力传感器与被加载对象固定连接，六维力传感器电连接电气接口模块，用于实时采集被加载对象所受加载力-力矩信号；

所述被动式多维力-力矩加载平台刚性连接被加载对象，并根据控制指令对其进行加载；

所述控制单元用于向多功能控制接口模块发出控制指令，并经电气接口模块采集运动位姿信号和加载力-力矩信号进行处理；

所述电气接口模块用于将控制指令传输到伺服信号功放单元，并将运动位姿信号和加载力-力矩信号反馈至控制单元；

所述伺服信号功放单元用于向被动式多维力-力矩加载平台输出功率信号驱动其运行。

2.根据权利要求1所述的被动式多维力-力矩伺服加载平台控制系统，其特征在于：所述控制单元经通信接口模块连接数据中心。

3.权利要求1或2所述被动式多维力-力矩伺服加载平台控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、将被加载对象与被动式多维力-力矩加载平台进行刚性连接，启动被动式多维力-力矩加载平台控制系统；

2)、按照预定的工作模式，在控制单元中设置加载控制参数，确定加载模式，对各传感器信号清零处理；

3)、控制单元发出控制指令经伺服信号功放单元传递给被动式多维力-力矩加载平台对被加载对象进行加载；

4)、传感器实时采集运动位姿信号和加载力-力矩信号并通过多电气接口模块反馈至控制单元，控制单元进行信号处理后再发出控制指令对被加载对象完成伺服加载。

4.根据权利要求3所述被动式多维力-力矩伺服加载平台控制系统的控制方法，其特征在于所述步骤3)中采用如下的对于力-力矩加载控制算法实现对被加载对象完成伺服加载：

设速度内环的控制律为：

式中，为被动式多维力-力矩伺服加载平台控制系统理想的速度给定信号，x(t)为被动式多维力-力矩加载平台的实时位姿，为速度；

设被加载对象各连接面的各维力f_c(t)所形成接触力的刚度模型为：

f(t)＝k(t)[(x(t)-x_e(t)] (2)

式中，f(t)为被加载力的理论值，k表示被动式多维力-力矩加载平台与被加载对象之间接触的等效刚度，x_e(t)为被加载对象的实时运动位姿；用γ＝1/k表示柔度，则

x(t)＝γ(t)f(t)+x_e(t) (3)

通过在线辨识获得被加载对象各自由度的等效柔度，其控制规律为:

式中，f_d(t)为加载力期望值，Δf(t)为加载力误差，K_f为力反馈系数，为等效柔度的在线估计值，其自适应更新律为：

式中，参数α是自适应增益，F(t)为待定的自适应估计器；

根据刚度与柔度的关系k＝1/γ，代入式(3)：

由式(2)可知：

从而式(6)为：

式中，ψ(t)为中间变量，ψ(t)＝k(xd(t)-xe(t))，

定义标量函数:

由式(9)可知，对于所有t，有对式(9)微分后

故有

代入(5)，得

可知，所求解待定的自适应估计器F(t)为

F(t)＝-αf_d(t)Δf(t)。