【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机电控制系统中的摩擦扰动建模补偿，尤其涉及一种用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法及系统。
技术介绍
1、高精度伺服系统中摩擦扰动十分常见，对性能造成十分不利的影响。如紧凑单自由度sea中，综合多个接触面产生的摩擦力影响，旋转sea力控制中，锥齿轮传动带来的摩擦力阻抗，以及机器人恒力低速跟踪时，主要阻抗为关节摩擦力等。摩擦通常具有时变、非线性、迟滞等复杂动态特性。在力执行器中造成明显的滞后问题、在低幅值的稳态误差问题，以及零速时非线性跳变等明显误差。因此，为实现响应速度快、高精度、高稳定性的伺服控制，必须对摩擦力进行分析和补偿。目前，主要发展了基于非模型补偿和基于模型补偿的两类控制方法，基于非模型方法的核心思想是把摩擦视为外部扰动，通过改变控制参数或结构，提高系统抑制扰动的能力。其主要研究重点在于提高力控制带宽、最优控制器设计、以及提高系统鲁棒性等问题。非模型的方法不依赖于模型的摩擦补偿控制方法缺乏对摩擦的本质认识，摩擦特性的描述不准确，导致补偿精度有限。尤其在低速低幅值力控制时效果较差。同时摩擦受影响参数多。并且在预滑动、滑动的状态下表现出较大的差异性，非模型控制难以进行针对性补偿，控制效果一致性不佳。
2、基于模型方法补偿方法则通过对摩擦特定规律进行分析，建立与摩擦力相关的微分模型，并通过前馈、反馈等方式进行补偿。主要研究内容有精确摩擦模型建立、参数辨识方法设计、模型参数观测以及控制器设计等方面。基于模型的摩擦补偿控制设计直观，是减少摩擦不良影响的有效方法。但该方法需要对摩擦特性进行准确表征
3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4、（1）摩擦受影响参数多。并且在预滑动、滑动的状态下表现出较大的差异性，非模型控制难以进行针对性补偿，控制效果一致性不佳。
5、（2）现有摩擦模型往往单一针对预滑动、滑动建模，缺乏对连续变换的关注，因此，仍需要进行进一步的优化，兼具动-静态连续过渡、形式简单的优点。
6、（3）力控制系统难以获得期望速度信号，前馈摩擦补偿策略不稳定，且力控制系统响应速度要求高，反馈摩擦补偿方法对计算频率要求高，复杂模型难以运用。
7、（4）通过对现有文献的检索发现，对于力控制系统摩擦建模与补偿的方法，现无相关专利。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法及系统。
2、本专利技术是这样实现的，一种用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，所述用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法包括：
3、步骤一，按照幅值遍历与速度加速度变化的原则，设计摩擦特征激励轨迹，在机器人磨抛力控制系统中运行，采集频率尽可能高的数据。
4、步骤二，基于动态摩擦理论，构建输入-输出映射图，分析预滑动(pre-sliding)与滑动(sliding)阶段以及摩擦连续过渡行为。
5、步骤三，根据双曲正切函数的连续特性，与低通滤波器相结合，对摩擦动态、静态以及动静过渡态行为进行拟合。实现连续动态摩擦建模。
6、步骤四，分析恒速度与摩擦的关系散点图。根据stribeck画图法获得fc，fs，vs，b等静态参数，并进行连续化映射，获得初始化静态参数辨识结果。
7、步骤五，简化低速预滑动力执行器为单质量零状态系统，结合摩擦状态方程与系统微分方程，获得考虑摩擦力的系统频响函数hf(jw)与动态参数辨识结果σ。
8、步骤六，利用初值fc，fs，vs，b，σ对优化算法进行初始化，采用pso方法进行高精度迭代搜索。
9、步骤七，对力控制系统进行前馈补偿，将参考信号fd与反馈信号fo相减，根据力执行器模型获得参考速度vd，通过所辨识摩擦模型获得估计摩擦力fest,并在电机端电流进行补偿，实现摩擦扰动抑制。
10、进一步，所述步骤一，通过幅值梯度递增参考速度信号vd，与高阶可微位移信号xd，对力执行器系统的摩擦扰动进行激励。采集运行得到的结果包括：
11、根据所涉及的电机输出信号与考虑摩擦扰动的力执行器动力学模型，计算相对速度v、相对位移x和摩擦扰动f。
12、进一步，所述步骤二中的输入-输出映射图构建方法包括：
13、结合经典lugre摩擦理论：
14、；
15、其中，f为总摩擦力矩，单位为，v为相对速度，单位为，σ0，σ1，σ2为动磨擦的内部参数，g(v)为静摩擦力矩，单位为，z为内部状态变量，用于确定不同速度对应的摩擦区域；是阻力摩擦力；是stribeck速度；是库仑（动能）摩擦力；是一个经验常数。
16、进一步，所述步骤三中的结合双曲正切函数与低通滤波器，对摩擦动态、静态以及动静过渡态行为进行拟合。实现连续动态摩擦建模包括：
17、考虑忽略极小值σ1，dz/dt，σ2v的lugre模型：
18、
19、并进行s变换：
20、
21、其中s(v)是静摩擦模型，t(v)是动态滤波系数。g(v)是stribeck系数。
22、进一步，所述步骤四中的根据stribeck画图法获得fc，fs，vs，b静态参数，并进行连续化映射。包括：
23、考虑双曲正切形式的静态摩擦建模：
24、
25、其中，γ1到γ5为stribeck模型的连续化映射参数，γ50，γ2>γ3，γ20，γ4=fc，γ6=σ1，γ1=fs-fc，γ3=1/vs，以此实现连续stribeck曲线，进一步与低通滤波器结合，实现改进的连续动态摩擦建模。
26、进一步，所述步骤五中的将简化低速预滑动力执行器为单质量零状态系统，获得考虑与动态参数σ相关摩擦力的系统频响函数hf(jw)包括：
27、考虑将连续过渡摩擦模型转变为状态空间形式：
28、
29、其中，x1为系统相对位移，u为参考输入，σ0为动态参数。将摩擦状态空间方程与系统微分方程结合，并进行频域分析：
30、
31、其中，jω为频域传递因子。cm为比例系数。
32、进一步，所述步骤六中的选取参数初值采用pso方法进行寻优包括：
33、选取pso参数寻优区间[-2a,+2a]，其中a为每一所寻优参数初值。及上述画图法与频域法选定值。设定pso全局影响因子c1，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤一，通过幅值梯度递增参考速度信号Vd，与高阶可微位移信号Xd，对力执行器系统的摩擦扰动进行激励，采集运行得到的结果包括：
3.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤二中的输入-输出映射图构建方法包括：
4.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤四中的根据Stribeck画图法获得Fc，Fs，Vs，B静态参数，并进行连续化映射，包括：
5.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤五中的将简化低速预滑动力执行器为单质量零状态系统，获得考虑摩擦力的系统频响函数Hf(jw)与动态参数σ包括：
6.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤六中的选取参数初值采用PSO方法进行寻优包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤一，通过幅值梯度递增参考速度信号vd，与高阶可微位移信号xd，对力执行器系统的摩擦扰动进行激励，采集运行得到的结果包括：
3.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤二中的输入-输出映射图构建方法包括：
4.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤四中的根据stribeck画图法获得fc，fs，vs，b静态参数，并进行连续化映射，包括：
5.根据权利要求1所述的用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，所述步骤五中的将简化低速预滑动力执行器为单质量零状态系统，获得考虑摩擦力的系统频响函数hf(jw)与动态参数σ包括：
6.根据权...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。