[发明专利]一种基于遗传特征的谐波传动迟滞刚度建模方法

说明书

本发明涉及一种基于遗传特征的谐波传动迟滞刚度建模方法，其方法包括将根据谐波传动的转矩和扭转角之间的迟滞刚度关系，确定刚度函数；根据谐波齿轮传动的遗传特性，建立摩擦函数，并将摩擦函数确定为遗传效应下扭转角与时间的积分；对摩擦函数的不连续性进行修正，得到摩擦修正函数；根据刚度函数和摩擦修正函数，确定谐波传动迟滞刚度模型。本发明通过建立更为精准的谐波传动动力学模型，即谐波传动迟滞刚度模型，从而提高谐波齿轮传动的动态分析精度和传动性能，有助于提高谐波减速器的动态控制精度。

技术领域

本申请涉及谐波齿轮传动技术领域，尤其涉及一种基于遗传特征的谐波传动迟滞刚度建模方法。

背景技术

谐波减速器在齿轮传动过程中存在迟滞现象，一般，迟滞现象是指系统的状态不仅与当下系统的输入有关，更会因其过去输入过程之路径不同而有不同的结果，即系统的状态取决于它本身的历史状态的一种性质。

如图1所示，当谐波减速器传递的转矩T增大时，扭转角θ增大，谐波齿轮传动刚度也增大；当传递转矩减小到0时，扭转角却没有回到原点，且随着输出端载荷的正反向的加载和卸载，迟滞刚度曲线产生一条回路，这意味着同样的输出转矩可以对应不同的扭转角，其中Δθ称为滞回损耗，说明谐波传动刚度具有一定的迟滞特性。谐波传动的迟滞刚度现象会导致系统传动精度降低，造成谐波减速器输出轴的转速变化，并且直接影响谐波传动的能量转换。

目前，在对谐波传动进行动力学建模时，通常是考虑刚度和摩擦现象，将其系数定义为常数或分段常数的形式，并通过实验进行参数辨识。由于谐波传动是柔性传动，系统运动状态与之前状态相关，系统传动刚度和阻尼等是关于时间的非线性动态函数，这样的简化会导致传动系统的动态精度下降，因此，以现有谐波传动动力学模型控制的传动系统动态精度不高，本发明人认为现有的谐波传动动力学模型还需要进一步改进。

发明内容

为克服现有技术的问题，本申请提供一种基于遗传特征的谐波传动迟滞刚度建模方法，通过建立更为精准的谐波传动动力学模型，即谐波传动迟滞刚度模型，从而提高谐波齿轮传动的动态分析精度和传动性能，有助于提高谐波减速器的动态控制精度。

一种基于遗传特征的谐波传动迟滞刚度建模方法，该方法包括：

根据谐波传动的转矩和扭转角之间的迟滞刚度关系，确定刚度函数；

根据谐波齿轮传动的遗传特性，建立摩擦函数，并将所述摩擦函数确定为遗传效应下扭转角与时间的积分；

对所述摩擦函数的不连续性进行修正，得到摩擦修正函数；

根据所述刚度函数和摩擦修正函数，确定谐波传动迟滞刚度模型。

可选的，所述根据谐波齿轮传动的遗传特性，建立摩擦函数，并将所述摩擦函数确定为遗传效应下扭转角与时间的积分，具体如下：

其中是遗传因子，u表示遗传作用持续时间长度；t表示当前时刻；θ(s)表示从系统开始运行的0时刻到当前时刻t之间第s时刻状态的扭转角。

可选的，所述遗传因子和扭转角θ(s)满足以下关系：

θ(s)＝Csin(ws)；

经过公式转换得到的摩擦函数如下：

可选的，对所述摩擦函数的不连续性进行修正，得到摩擦修正函数，所述摩擦修正函数如下：

可选的，所述刚度函数确定为f(θ)，f(θ)为N次多项式函数，一般，N取3或5。

可选的，所述刚度函数f(θ)定义为五次多项式函数，根据所述刚度函数和摩擦修正函数，确定谐波传动迟滞刚度模型，具体如下：