一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统，包括控制系统、基座以及设于基座上的电机，所述电机一侧输出轴与光电编码器相连接，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、所述力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统，所述控制系统包括一增益限制补偿器。该系统有利于提高控制准确度。于提高控制准确度。于提高控制准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统


[0001]本专利技术属于电机控制器领域，具体涉及一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统。

技术介绍

[0002]现有的电机伺服控制系统，如果输入信号是阶跃响应，则控制器增益在稳态时等于设定值，通过提高自适应增益参数可以加快增益限制补偿器的收敛速度。如果增益参数设置较大，控制系统容易发生振荡。用户无意中设置控制增益，会降低系统的定位性能。因此在实际应用中，需要一种简单而有效的机制防止用户错误指定控制增益，从而降低系统性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统，该系统有利于提高控制准确度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统，包括控制系统、基座以及设于基座上的电机，所述电机一侧输出轴与光电编码器相连接，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、所述力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统，所述控制系统包括一增益限制补偿器，以限制控制器增益。
[0005]进一步地，所述控制系统包括电机驱动控制电路，所述电机驱动控制电路包括控制芯片电路和驱动芯片电路，所述光电编码器的信号输出端与所述控制芯片电路的相应输入端相连接，所述控制芯片电路的输出端与所述驱动芯片电路的相应输入端相连接，以驱动所述驱动芯片电路，所述驱动芯片电路的驱动频率调节信号输出端和驱动半桥电路调节信号输出端分别与所述电机的相应输入端相连接。
[0006]进一步地，所述驱动芯片电路产生驱动频率调节信号和驱动半桥电路调节信号，对电机输出A、B两相PWM的频率、相位及通断进行控制；通过开通及关断PWM波的输出来控制电机的启动和停止运行，通过调节输出的PWM波的频率及两相的相位差来调节电机的最佳运行状态。
[0007]进一步地，所述增益限制补偿器设置于控制芯片电路上，在增益限制补偿器中，u表示控制器的输出信号，K
p
是控制增益的等效值，K
s
是所期望的上限增益值，r是输入信号，h
e
是具有抵消作用的补偿信号，h是控制器输出的补偿信号；补偿器由死区函数和积分项组成；当输出信号u超过输入r和增益值K
s
的乘积时，信号h
e
是非零值；如果输出信号u超出输入r和增益值K
s
，一个补偿器的信号h
e
非零值来抵消输入信号r；输出信号u与补偿信号h
e
之间的关系为：
[0008]h
e
(s)＝(u(s)
‑
r(s)
·
K
s
)
·
K
a
[0009]ifu＞|r
·
K
s
|oru＜
‑
|r
·
K
s
|,
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010]elseh
e
＝0
[0011]其中K
a
是自适应增益参数，用于确定补偿器的收敛速度，s是时域算子；
[0012]补偿信号h进一步表示为：
[0013]h(s)＝h
e
(s)/s＝[(u(s)
‑
r(s)K
s
)K
a
]/s
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0014]同时，输入信号和输出信号之间的关系由式(3)给出：
[0015][0016]方程(3)改写为：
[0017]u(s)/r(s)＝(K
s
K
a
K
p
+K
p
s)/(K
a
K
p
+s)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0018]对于方程(4)，如果输入信号是阶跃响应，则控制器增益在稳态时等于K
s
，通过提高自适应增益参数K
a
来加快增益限制补偿器的收敛速度；通过限制增益补偿器限制控制器增益，并通过限制K
p
的值来消除任何干扰系统性能的非线性扰动；
[0019]考虑一个非线性系统：
[0020][0021]其中，φ是一个任意的无记忆非线性函数，K
p
是控制器的增益，G(s)＝c
T
[sI
‑
A]‑1b是一个线性系统，A是一个Hurwitz；由于存在非线性函数φ，获得以下条件：
[0022]0≤φ(y)≤K
·
y
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0023]在已知φ变化范围的情况下，通过使用所述增益限制补偿器，根据导出的增益值K
s
限制系统控制增益K
p
，从而稳定该系统。
[0024]进一步地，所述电机、光电编码器、力矩传感器分别经电机固定支架、光电编码器固定支架、力矩传感器固定支架固定安装于所述基座上。
[0025]进一步地，所述电机为超声波电机。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：在伺服控制系统上增加增益限制补偿器，并通过提高自适应增益参数来加快增益限制补偿器的收敛速度，有效增进系统的控制效能，并通过限制增益的值，有效地消除任何干扰系统性能的非线性扰动。该系统不仅控制准确度高，而且结构简单，易于实现，使用效果好。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例的结构示意图。
[0028]图2是本专利技术实施例的控制电路原理图。
[0029]图3是本专利技术实施例中增益限制补偿器的原理框图。
[0030]图4是本专利技术实施例中非线性系统的原理框图。
[0031]图5是本专利技术实施例中与系统相关联的扇区示意图。
[0032]图中：1
‑
光电编码器，2
‑
光电编码器固定支架，3
‑
超声波电机输出轴，4
‑
超声波电机，5
‑
超声波电机固定支架，6
‑
超声波电机输出轴，7
‑
飞轮惯性负载，8
‑
飞轮惯性负载输出轴，9
‑
弹性联轴器，10
‑
力矩传感器，11
‑
力矩传感器固定支架，12
‑
基座，13
‑
控制芯片电路，
14
‑
驱动芯片电路，15、16、17
‑
光电编码器输出的A、B、Z相信号，18、19、20、21
‑
驱动芯片电路产生的驱动频率调节信号，22
‑
驱动芯片电路产生的驱动半桥电路调节信号，23、24、25、26、27、28
‑
控制芯片电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统，包括控制系统、基座以及设于基座上的电机，其特征在于，所述电机一侧输出轴与光电编码器相连接，另一侧输出轴与飞轮惯性负载相连接，所述飞轮惯性负载的输出轴经联轴器与力矩传感器相连接，所述光电编码器的信号输出端、所述力矩传感器的信号输出端分别接至控制系统，所述控制系统包括一增益限制补偿器，以限制控制器增益。2.根据权利要求1所述的一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统，其特征在于，所述控制系统包括电机驱动控制电路，所述电机驱动控制电路包括控制芯片电路和驱动芯片电路，所述光电编码器的信号输出端与所述控制芯片电路的相应输入端相连接，所述控制芯片电路的输出端与所述驱动芯片电路的相应输入端相连接，以驱动所述驱动芯片电路，所述驱动芯片电路的驱动频率调节信号输出端和驱动半桥电路调节信号输出端分别与所述电机的相应输入端相连接。3.根据权利要求2所述的一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统，其特征在于，所述驱动芯片电路产生驱动频率调节信号和驱动半桥电路调节信号，对电机输出A、B两相PWM的频率、相位及通断进行控制；通过开通及关断PWM波的输出来控制电机的启动和停止运行，通过调节输出的PWM波的频率及两相的相位差来调节电机的最佳运行状态。4.根据权利要求2所述的一种基于增益限制补偿器的伺服控制系统，其特征在于，所述增益限制补偿器设置于控制芯片电路上，在增益限制补偿器中，u表示控制器的输出信号，K
p
是控制增益的等效值，K
s
是所期望的上限增益值，r是输入信号，h
e
是具有抵消作用的补偿信号，h是控制器输出的补偿信号；补偿器由死区函数和积分项组成；当输出信号u超过输入r和增益值K
s
的乘积时，信号h
e
是非零值；如果输出信号u超出输入r和增益值K
s
，一个补偿器的信号h
e
非零值来抵消输入信号r；输出信号u与补偿信号h
e
之间的关系为：其中K
a

【专利技术属性】
技术研发人员：傅平，程敏，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：