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专利号: 2023101627226
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法,其特征在于:具体包括如下步骤:步骤1,建立含齿隙双惯量伺服系统的数学模型;

步骤2,建立齿隙的死区模型,构建电机侧与负载侧的位置角度差与轴转矩的输入输出关系;

步骤3,在步骤1和步骤2的基础上设计连续非奇异终端滑模控制与时间最优控制相互切换的控制器;

所述步骤3的具体过程为:

步骤3.1,建立连续非奇异终端滑模控制器;

所述步骤3.1的具体过程为:速度误差和误差变化率如下公式(1)所示:(1)

其中,是速度误差, 是位置环输出的速度指令;

设计非奇异快速终端滑模面如下公式(2)所示:(2);

其中,是非奇异快速终端滑模面,β >0、γ >0、1<λ<2和p >1是非奇异快速终端滑模面的参数;

设计新型饱和函数趋近律如下公式(3)所示: (3)

其中, ,k1>0、k2>0和φ >0是新型饱和函数趋近律的参数;连续非奇异终端滑模控制律如下公式(4)所示:(4)

其中,是q轴定子电流指令;

步骤3.2,设计时间最优控制器;

所述步骤3.2的具体过程为:设进入齿隙的时刻为t0,离开齿隙的时刻为tf,设电机进入齿隙时位置为‑2α,在加速阶段电机侧速度的微分如下公式(5)所示:(5);

其中, 是最大转矩限制;

对公式(5)两端同时积分求出加速阶段电机侧速度表达式如下公式(6)所示:(6);

其中, 是t0时刻电机侧转速,t是时间;

对公式(6)两端同时积分求出加速阶段电机侧位置表达式如下公式(7)所示:(7);

在减速阶段,电机侧的速度微分、速度和位置表达式分别如下公式(8)(10)所示:~

(8)

(9)

(10);

由于上升曲线和下降曲线在减速阶段和加速阶段之间的切换时刻相交,因此求得加速时间如下公式(11)所示:(11);

离开齿隙时间如下公式(12)所示:(12);

在加速阶段电机侧的电磁转矩是最大转矩限制 ,因此在加速阶段电机侧q轴定子电流指令如下公式(13)所示:(13);

在减速阶段电机侧的电磁转矩是负的最大转矩限制 ,因此在减速阶段电机侧q轴定子电流指令如下公式(14)所示:(14);

获得在齿隙中电机侧最优时间控制器输出的q轴定子电流指令如下公式(15)所示:(15)

步骤3.3,设计切换策略;

步骤4,根据步骤2建立的死区模型设计自适应齿隙补偿器。

2.根据权利要求1所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法,其特征在于:所述步骤1的具体过程为:在d‑q坐标系下,电磁转矩表达式如下公式(16)所示:(16);

其中,是d轴定子电流分量;是q轴定子电流分量; 是d轴定子电感分量; 是q轴定子电感分量; 是转子永磁体磁链; 是永磁同步电机极对数;

双惯量伺服系统的数学模型如下公式(17)所示:(17);

其中, 是电机侧惯量; 是电机侧摩擦阻尼; 是负载侧惯量; 是负载侧摩擦阻尼;

是传动轴的弹性系数; 是摩擦阻尼; 是电机侧转速; 是负载侧转速; 是电机侧位置; 是负载侧位置; 是电机侧位置微分; 是负载侧位置微分; 是电机侧转速微分;

是负载侧转速微分; 是轴转矩;是负载转矩。

3.根据权利要求2所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法,其特征在于:所述步骤2的具体过程为:齿隙死区模型的数学表达式如下公式(18)所示:(18);

其中, 是齿隙大小,齿隙死区模型的输入为电机侧和负载侧的角度之差,输出信号为轴转矩。

4.根据权利要求3所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法,其特征在于:所述步骤3.3的具体过程为:切换的判断依据为|θm‑θl|的大小,当|θm‑θl| ≤ α时,伺服系统运行在齿隙中,为抑制齿隙振荡现象的产生,切换为步骤3.2设计的最优时间控制器,输出的q轴定子电流指令如公式(18)所示;

当|θm‑θl| > α时,伺服系统运行在齿隙外,为快速衰减齿隙振荡同时保证系统的稳定运行,切换为步骤3.1设计的连续非奇异终端滑模控制器,输出的q轴定子电流指令如公式(4)所示;根据设计的切换策略以及公式(4)和公式(18)获得q轴定子电流指令如下公式(19)所示: (19)。

5.根据权利要求4所述的含齿隙双惯量伺服系统的齿隙振荡抑制方法,其特征在于:所述步骤4的具体过程为:建立齿隙非线性环节的描述函数如下公式(20)所示:(20) ;

其中, 是齿隙非线性环节的描述函数,A为主回路增益;根据伺服系统在齿隙中的位置自适应改变主回路增益大小的自适应齿隙补偿器如下公式(21)和公式(22)所示:(21) ;

(22);

其中, 是自适应齿隙补偿器的补偿电流,b>0是增益系数,c取当 时使Aθ趋近于0的值。