[发明专利]基于粒子群算法的单电机伺服系统摩擦非线性补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于粒子群算法的单电机伺服系统摩擦非线性补偿方法，包括以下过程：离线获取单电机伺服系统的转速与摩擦力矩数据；根据离线获得的转速与摩擦力矩数据，利用粒子群算法对Stribeck摩擦模型进行参数辨识，获得辨识后的Stribeck摩擦模型；在线运行单电机伺服系统，根据辨识后的Stribeck摩擦模型实时获取摩擦力矩，并将摩擦力矩通过前馈系数补偿至电流信号，构建基于Stribeck摩擦模型的前馈补偿结构，利用该结构即可实现单电机伺服系统摩擦非线性补偿。本发明方法提高了电机伺服系统在跟踪正弦信号时的跟踪精度，能有效解决由于摩擦非线性导致系统存在静态跟踪误差的问题，整体方法简单，方便应用。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种基于粒子群算法的单电机伺服系统摩擦非线性补偿方法。

背景技术

在电机伺服系统中，由于传动装置存在的一些固有机械特性，系统常常会显现出摩擦非线性的状况。对于伺服系统而言，摩擦非线性对系统的动态性能和稳态精度都会产生一定的影响。并且对于一些高精度伺服系统而言，摩擦非线性造成的影响将会更大。

摩擦非线性因素主要是由于轴承部件之间或是两个有接触面的零部件之间产生了相对运动而造成的。摩擦模型可以分为两大类：静态模型和动态模型。

在伺服系统中，摩擦非线性会对系统控制性能造成很大影响。摩擦会增加系统的静差，在低速换向运动时会造成系统抖动。为了降低摩擦非线性对系统的影响，许多关于摩擦非线性的补偿算法被提出。

现有的摩擦补偿主要有两种方法：一种方法是只考虑摩擦的线性部分，也就是只补偿库仑摩擦力和粘性摩擦力；另一种方法是将摩擦当作外部扰动处理，用扰动观测器估计补偿。随着控制精度要求的提高，这两种方法都很难达到满意的效果。前一种方法没有考虑静摩擦力的影响，论文“On the modeling of coulomb frinction”中提到的库仑摩擦模型是理想状态下的时延模型，没有描述零速度时刻的摩擦力矩大小，且认为摩擦力大小和速度大小无关；后一种方法的局限性在于扰动观测器基于线性系统理论，论文“摩擦非线性环节的特性、建模与控制补偿综述”实现了基于线性理论的扰动观测器，但难以有效的估计出精确的摩擦力矩。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于粒子群算法的单电机伺服系统摩擦非线性补偿方法。

实现本发明目的的技术方案为：基于粒子群算法的单电机伺服系统摩擦非线性补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、离线获取单电机伺服系统的转速与摩擦力矩数据；

步骤2、根据离线获得的转速与摩擦力矩数据，利用粒子群算法对Stribeck摩擦模型进行参数辨识，获得辨识后的Stribeck摩擦模型；

步骤3、在线运行单电机伺服系统，根据辨识后的Stribeck摩擦模型实时获取摩擦力矩，并将摩擦力矩通过前馈系数补偿至电流信号，构建基于Stribeck摩擦模型的前馈补偿结构，利用该结构即可实现单电机伺服系统摩擦非线性补偿。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)采用Stribeck摩擦模型，能很好的反映预滑动位移、摩擦滞后、变化的临界摩擦力和粘性滑动等摩擦非线性特性，提高非线性补偿的可靠性；2)采用Stribeck摩擦模型能克服由摩擦非线性引起的爬行运动和极限环现象，提高非线性补偿的可靠性；3)采用粒子群算法对系统的Stribeck摩擦模型进行参数辨识，辨识精度更高，进而提高补偿效果；4)提高电机伺服系统在跟踪正弦信号时的跟踪精度，有效解决由于摩擦非线性导致系统存在静态跟踪误差的问题；5)方法简单，方便应用。

附图说明

图1为本发明基于粒子群算法的单电机伺服系统摩擦非线性补偿结构图。

图2为本发明粒子群算法的实现原理流程图。

图3为本发明单电机伺服系统控制系统简化框图。