基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法，对进给系统的机械传动系统进行如下处理：建立其LuGre摩擦模型并辨识得到其静、动态摩擦力矩补偿量；基于集中参数法和拉格朗日方程建立其动力学模型；将其静、动态摩擦力矩补偿量之和作为其动力学模型的阻力矩，电机输出转矩作为动力矩；由其动力学模型中的动力学微分方程和状态空间方程求得负载转矩；闭环控制系统，其转矩环包括q轴及d轴滑模控制器；q轴滑模控制器，其输入转矩参考信号与负载转矩的差，其输出q轴电压信号至空间矢量脉宽调制器；d轴滑模控制器，其输入磁链参考信号与磁链反馈信号的差，其输出d轴电压信号至空间矢量脉宽调制器。本发明专利技术结构简单、实时性好。性好。性好。

【技术实现步骤摘要】
基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种数控机床进给系统的控制方法、设备及存储介质，特别涉及一种基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]目前，数控机床具有高速度、高精度、高效率、自动化等特点，其滚珠丝杠进给系统和伺服驱动系统之间存在明显的机电耦合关系，机电系统的设计必须考虑两个系统之间的耦合作用对进给系统总体性能的影响。永磁同步电机作为驱动电机，具有结构简单、体积小、功率和功率因数高等优点，在数控机床和机器人中应用广泛。
[0003]目前，进给系统永磁同步电机的机电耦合研究方法主要是矢量控制，建立三环PID的Simulink仿真模型。目前国内外对于进给系统直接转矩控制的机电耦合研究尚不明确，研究主要集中在减小转矩脉动的仿真层面，尚缺少将直接转矩控制方法引入到进给系统中，尤其是高速机床进给系统中。直接转矩控制响应速度优于传统的矢量控制。进给矢量控制方法相对进给直接转矩控制方法，控制结构相对复杂，需要复杂的坐标变换，对电机参数依赖性大，实时性差。
专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法，进给系统包括伺服驱动系统、伺服电机及机械传动系统；伺服驱动系统包括闭环控制系统、空间矢量脉宽调制器及逆变器；闭环控制系统包括由外至内依次设置的位置环、速度环及转矩环；闭环控制系统输出电压控制信号至空间矢量脉宽调制器，逆变器输出驱动电压至伺服电机；其特征在于，对机械传动系统进行如下处理：建立其LuGre摩擦模型并辨识得到其静、动态摩擦参数，并由其静、动态摩擦参数得到其对应的静、动态摩擦力矩补偿量；基于集中参数法和拉格朗日方程建立其动力学模型；将其静、动态摩擦力矩补偿量之和作为其动力学模型的阻力矩，电机输出转矩作为动力矩；由其动力学模型中的动力学微分方程和状态空间方程求得负载转矩；通过位移检测装置检知其终端轴向位移并作为位置环的反馈信号；通过转速检知装置检知伺服电机的转速并作为速度环的反馈信号；闭环控制系统，其位置环输入位置参考信号与位置反馈信号的差，其位置环输出速度参考信号；其速度环输入速度参考信号与速度反馈信号的差；其速度环输出转矩参考信号；其转矩环包括q轴滑模控制器及d轴滑模控制器；q轴滑模控制器，其输入转矩参考信号与负载转矩的差，其输出q轴电压信号至空间矢量脉宽调制器；d轴滑模控制器，其输入磁链参考信号与磁链反馈信号的差，其输出d轴电压信号至空间矢量脉宽调制器。2.根据权利要求1所述的基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法，其特征在于，设机械传动系统的LuGre摩擦模型的输入为终端轴向位移速度v，输出为摩擦力矩T
f
；机械传动系统的LuGre摩擦模型的数学表达式如下：统的LuGre摩擦模型的数学表达式如下：统的LuGre摩擦模型的数学表达式如下：式中：z为鬃毛形变量，σ为鬃毛刚度系数，η为鬃毛阻尼系数，β为粘滞摩擦系数，T
c
为库仑摩擦力矩，T
s
为最大静摩擦力矩，v
s
为临界Stribeck速度；其中：β、T
c
、T
s
、v
s
为机械传动系统的静态摩擦参数；σ、η为机械传动系统的动态摩擦参数。3.根据权利要求2所述的基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法，其特征在于，根据LuGre摩擦模型曲线特征，用最小二乘方法进行拟合，在Matlab中使用polyfit函数拟合求得机械传动系统的粘滞摩擦系数β、最大静摩擦力矩T
s
、库仑摩擦力矩T
c
和临界Stribeck速度v
s
。4.根据权利要求3所述的基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法，其特征在于，对机械传动系统施加一个滑动摩擦力矩，使机械传动系统在最大静摩擦力矩的作用下处于静止状态，此时通过检测装置检知的机械传动系统的位移称为预滑动位移；设预滑动位移为x，设鬃毛形变量z近似等于机械传动系统的预滑动位移x，则有：鬃毛形变量z近似等于机械传动系统的预滑动位移x，则有：鬃毛形变量z近似等于机械传动系统的预滑动位移x，则有：
由已求得的库仑摩擦力矩T
c
及检知的预滑动位移x，得到鬃毛刚度系数σ；增加电机的输出力矩直到略大于机械传动系统受到的最大静摩擦力矩，使机械传动系统以接近零的速度进行匀速运动，假设：将其代入机械传动系统的LuGre摩擦模型的数学表达式，求得鬃毛阻尼系数η。5.根据权利要求2所述的基于摩擦补偿的进给直接转矩控制方法，其特征在于，由机械传动系统的静态摩擦参数得到其对应的静态摩擦力矩补偿量的方法为：设置静态摩擦补偿器、静态前馈控制器和静态反馈控制器；其中：静态摩擦补偿器的数学表达式如下：静态前馈控制器的数学表达式如下：静态反馈控制器的数学表达式如下：则机械传动系统的静态摩擦补偿量总和为：T＝T
f
+T
F
+T
B
；式中：R
x
为进给系统给定位置；为进给系统给定速度；为进给系统给定加速度；为进给系统给定速度的正负符号；x
t
为进给系统反馈位置；为进给系统反馈速度；m为进给系统工作台质量；k
p
为静态反馈控制器的比例系数；k
i
为静态反馈控制器的积分系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛文铁，陈志强，刘宏达，郭永豪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：