[发明专利]一种用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器

权利要求书

1.一种用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器，其特征在于，包括PID控制器的三环控制系统，所述三环控制系统由内向外依次包括电流环、位置环以及速度环；

还包括在所述三环控制系统中增加的前馈控制环节和反馈控制环节，所述前馈控制环节包括速度前馈、加速度前馈以及通过LuGre摩擦模型得到的摩擦补偿，所述速度前馈为对位置环输入的一节微分环节，所述加速度反馈为对速度环输入的二阶微分环节；所述反馈控制环节包括微分负反馈；

通过粒子群优化算法整定所述前馈控制环节中的三个参数：速度前馈增益K_a，加速度前馈增益K_b，以及摩擦补偿增益K_f。

2.如权利要求1所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器，其特征在于，所述速度前馈和加速度前馈的传递函数分别为：

其中，K_t为转矩系数，J为转动惯量。

3.如权利要求1所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器，其特征在于，通过调节所述微分负反馈中的微分负反馈系数τ_D调节所述伺服系统的阻尼比ξ。

4.如权利要求3所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器，其特征在于，所述伺服系统的阻尼比ξ为：0.8＜ξ＜0.9。

5.如权利要求1所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器，其特征在于，所述LuGre摩擦模型的数学模型为：

其中，Z为鬃毛的平均变形量，ω为转速，σ₀为刚度系数，g(ω)为非线性函数，用于体现不同条件下的摩擦效应，F_f为总摩擦力矩，σ₁为阻尼系数，σ₂为粘滞系数，F_c为库仑摩擦力矩，ω_s为Stribeck速度。

6.如权利要求1所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器，其特征在于，所述粒子群优化算法中，每个可行解为一个粒子，每一个粒子包括两个参数：位置x和速度v，在解空间中根据以下迭代公式不断逼近全局最优解：

v＝ω·v+c₁r₁(P_Best-x)+c₂r₂(g_Best-x)

x＝x+v

其中，ω为惯性权重，用于表示过去的速度对现在速度的影响程度；c₁和c₂为加速度系数；r₁和r₂为在[0，1]上均匀分布的随机数；p_Best为当前最优位置；g_Best为全局最优位置。

7.如权利要求6所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器，其特征在于，在每次迭代中，通过适应度函数来判断一个粒子是否为最优解。

8.如权利要求7所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器，其特征在于，所述适应度函数为：

采样时间ts＝0.00ls，输入信号为正弦信号R(k)＝0.1*sin(0.2π·k·ts)，k＝1，2，3，…，2500，输出信号为Y(k)。