[发明专利]一种基于预测模型的旋转伺服电机轨迹预补偿方法及装置

权利要求书

1.一种基于预测模型的旋转伺服电机轨迹预补偿方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

根据系统辨识建立旋转伺服电机闭环传递函数，并利用所述传递函数根据k-2至k时刻实际位置输出和期望位置输入，以及k时刻的扰动量预测值建立对于k+1时刻的实际位置输出的预测模型，

其中，所述k时刻的扰动量预测值是根据k时刻的实际位置输出与所述预测模型预测的k时刻的预测位置输出之间的矢量差，以及k-1时刻的扰动量预测值来估计的，其中，0时刻的扰动量预测值为0；

利用所述预测模型在k时刻预测k+N_p时刻的预测位置输出，其中，N_p为预测域；

在k时刻，根据对于k+N_p时刻的期望位置输入与预测的k+N_p时刻的预测位置输出的差值与增益系数的比值来获得k+N_c时刻的最终轨迹补偿量，其中，N_c≤N_p-1；

根据所述k+N_c时刻的最终轨迹补偿量与k+N_c时刻的期望位置输入相叠加输入到闭环伺服运动控制系统来控制所述旋转伺服电机运转。

2.根据权利要求1所述的基于预测模型的旋转伺服电机轨迹预补偿方法，其特征在于,所述根据系统辨识建立旋转伺服电机闭环传递函数，并利用所述传递函数根据k-2至k时刻实际位置输出和期望位置输入，以及k时刻的扰动量预测值建立对于k+1时刻的实际位置输出的预测模型，包括：

所述旋转伺服电机闭环传递函数是：

其中K为旋转伺服电机闭环控制系统等效增益参数，P、Y分别为电机的实际位置输出和期望位置输入，s为拉普拉斯变换的算子，J、B分别为旋转伺服电机等效的质量和摩擦阻尼系数，k_p、k_i、k_d分别为闭环PID控制器的比例、积分、微分参数；

建立如下等效参数α₁，α₂，α₃，β₁，β₂，β₃：

其中T_s为离散控制系统的采样周期；

利用所述等效参数建立相邻时刻期望位置输入和实际位置输出的关系：

p(k+1)＝α₁p(k)+α₂p(k-1)+α₃p(k-2)+β₁y(k)+β₂y(k-1)+β₃y(k-2)

其中k代表时刻，p(k)代表k时刻的实际位置输出，y(k)代表k时刻期望位置输入；

获得k+1时刻的实际位置输出与k-2至k时刻的实际位置输出、期望位置输入以及k时刻所有等效外部扰动的总和的关系式：

其中x(k)＝[p(k),p(k-1),p(k-2)]^T，y_r(k)＝[y(k),y(k-1),y(k-2)]^T分别为相邻时刻实际位置输出和期望位置输入的矢量表达；y_p(k)＝p(k)为k时刻的实际位置输出，γ_d(k)为k时刻所有等效外部扰动的总和，且有：

其中β＝[β₁,β₂,β₃]，且令α＝[α₁,α₂,α₃]；

得到对于k+1时刻的预测位置输出的预测模型：

其中为在k时刻对于k+1时刻的预测位置输出，为k时刻外部扰动的扰动量预测值。

3.根据权利要求2所述的基于预测模型的旋转伺服电机轨迹预补偿方法，其特征在于,

所述根据k时刻的实际位置输出与所述预测模型预测的k时刻的预测位置输出之间的矢量差，以及k-1时刻的扰动量预测值来估计k时刻的扰动量预测值包括：

其中为k时刻实际位置输出与所述预测模型预测的k时刻的预测位置输出之间的矢量差，且