[发明专利]基于预滑动摩擦力模型的超声波电机轮廓控制器

说明书

本发明涉及一种基于预滑动摩擦力模型的超声波电机轮廓控制器，包括控制系统、基座和设于基座上的超声波电机，所述超声波电机一侧输出轴与光电编码器相连接，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、所述力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统；所述控制系统包括一基于预滑动摩擦力模型的轮廓控制器.该装置及其控制系统不仅控制准确度高，而且结构简单、紧凑，使用效果好。

技术领域

本发明涉及电机控制器领域，具体涉及一种基于预滑动摩擦力模 型的超声波电机轮廓控制器。

背景技术

现有的超声波电机伺服控制系统，根据预摩擦模型的性质，可以 发现该模型是高度非线性的，并且获得包括反转点状态在内的所有状 态信息是物理上不可能实现的。在这种情况下，在这个模型上的直接 设计是一个具有挑战性的问题，需要在非线性系统上进行深刻且巧妙 的控制设计技术。另外，由于缺乏状态测量信息，这导致了在实现的 观点中只有输出反馈设计适用的情况。在这项工作中，利用了一个滑 模控制器，它演示了与不确定的逆点状态有关的复杂的闭环系统分析， 这可以被描述为无限模型切换的问题。尽管如此，上述输出动态方程 仍然给轮廓控制器设计任务带来一些障碍。在这种情况下，本专利提 出了一个基于原始模型公式推导简化版输出动力方程的方案，使这个 简化方程可以用于轮廓控制器设计目的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于预滑动摩擦力模型的 超声波电机轮廓控制器，能有效的增进系统的控制效能，并进一步减 少系统对于不确定性的影响程度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于预滑动摩擦力模型的超声波电机轮廓控制器，包括控制系 统、基座和设于基座上的超声波电机，所述超声波电机一侧输出轴与 光电编码器相连接，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮 惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的 信号输出端、所述力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统；所述 控制系统包括一基于预滑动摩擦力模型的轮廓控制器。

进一步的，所述控制系统包括超声波电机驱动控制电路，所述超 声波电机驱动控制电路包括控制芯片电路和驱动芯片电路，所述光电 编码器的信号输出端与所述控制芯片电路的相应输入端相连接，所述 控制芯片电路的输出端与所述驱动芯片电路的相应输入端相连接，以 驱动所述驱动芯片电路，所述驱动芯片电路的驱动频率调节信号输出 端和驱动半桥电路调节信号输出端分别与所述超声波电机的相应输 入端相连接。

进一步的，所述控制系统建立于预滑动摩擦力模型的基础上，所述 预滑动摩擦力模型设计具体为：

超声波电机驱动系统的动态方程写为：

其中A_p＝-B/J,B_P＝J/K_t＞0,C_P＝-1/J；B为阻尼系数，J为转动 惯量，K_t为电流因子，T_f(v)为摩擦阻力力矩，T_L为负载力矩，U(t)是 电机的输出力矩，θ_r(t)为通过光电编码器测量得到的位置信号；x是 电机转子的位移，表示加速度，D是超声波电机的线性摩擦系数；

已知输出即系统位移x是非线性弹簧模块x_s的位移和线性模块x_p的位移之和，考虑时间导数可以得到以下两个关系：

和

当系统受到由σ表示的预滑动摩擦力时，其输出动力学遵循牛顿 第二定律，得到原始预滑动摩擦力模型：