[发明专利]一种基于抗扰控制的自适应双电机消隙控制方法

说明书

本发明公开了一种基于抗扰控制的自适应双电机消隙控制方法，在双电机伺服全闭环位置控制中，利用双电机消隙方法动态消除到位误差与抖动。新型自适应消隙控制利用负载位置进入位置误差带以后的实测齿隙动态调节消隙电流I_anti‑lash；另一方面，针对消隙控制产生的附加扭转力矩负载扰动，利用消隙电流与实测齿隙加快扩展观测器收敛，动态调节模型预测控制器输出，从而快速调节负载到位瞬态过程，抑制传动间隙造成的到位振荡现象。基于抗扰控制的自适应双电机消隙控制方法，能够抑制传动间隙造成的到位振荡现象，同时，由于消隙电流由到位误差动态调节，当负载到位时，自适应降低消隙电流，避免扭转力矩长时间作用导致的结构不可恢复形变。

技术领域

本发明属于双电机消隙控制技术，具体为一种基于抗扰控制的自适应双电机消隙控制方法。

背景技术

由永磁电机与减速器等传动机构组成的电动伺服系统广泛应用于工业伺服和军工产品。由于减速器等机构存在传动间隙，负载端位置反馈与电机轴位置存在死区，在死区范围内，电机转矩无法有效传递到负载侧，这一方面会降低传动效率，更重要的是会导致伺服控制到位误差增大，甚至在伺服到位后产生抖动、摇晃等低品质表现，因此消隙控制具有重要意义。

当前科研人员研究的消隙方法可分为两类：1、基于单电机的驱动控制方法，通过内模控制、滑模控制等控制方法与模型观测器相结合补偿由于气隙造成的到位误差和扰动。2、基于双电机的驱动控制方法，通过制造两台电机驱动过程中的不平衡转矩主动消除传动间隙。其中，单电机控制方法需要大量包括控制器参数、模型参数等需要整定和测量的参数支持，实际使用中非常不便，且在变参数、变环境状态下的抗扰能力差。双电机方法可以实现主动消隙，然而，不平衡消隙会造成系统形变，一方面，消隙产生的变形扭转力矩会造成额外负载，影响负载运动速度，另一方面，传动系统长期处于高度变形状态会加速疲劳、老化，进而影响寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于抗扰控制的自适应双电机消隙控制方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于抗扰控制的自适应双电机消隙控制方法，包括如下步骤：

步骤1，通过位移指令与编码器测量所得负载位移反馈计算得位移误差，位移误差经过比例环节生成电机速度环参考转速；

步骤2，根据速度环速度反馈与参考转速计算规划未来N个采样周期参考转速轨迹，通过模型预测算法预测未来N个采样周期的转速预测值，并建立基于规划转速与预测转速差值的损失函数，通过搜索损失函数极值计算电流参考值；

步骤3，将参考电流与双电机转速作为扩展观测器输入，通过扩展观测器估计电机转矩扰动，并与电流参考值融合，输出参考电流；

步骤4，根据实测双电机传动间隙计算消隙电流，融合参考电与消隙电流，得到双电机参考电流；

步骤5，永磁同步电机电流控制器分别按照参考电流控制永磁电机1与永磁电机2电流，分别做i_d＝0控制，并把实测q轴电流反馈至模型预测控制器。

优选地，步骤2中未来N个采样周期参考转速轨迹ω_ref(1)...ω_ref(N)计算方法为：

ω_ref(i)＝ω_ref^*(0)-α_rⁱ[ω_ref^*(0)-ω(0)],i＝1,2...N

其中，ω_ref^*(0)为当前时刻电机速度环转速指令，T_s是转速环采样时间，T_r是速度环动态响应时间,ω(0)是初始时刻ω_m1与ω_m2的平均值。