一种含有间隙特性的机械传动系统模型参数确定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含有间隙特性的机械传动系统模型参数确定方法，所述的含有间隙特性的机械传动系统模型包括用来描述机械传动系统中驱动装置的L1(·)动态线性子系统、用来描述机械传动系统负载的L2(·)动态线性子系统和用来描述机械传动系统中传动部分间隙非线性特性的输入x(k)和输出v(k)，所述机械传动系统的输入u(k)和输出y(k)，采用M序列和正弦信号叠加的复合信号作为所述机械传动系统模型的激励信号，采用非光滑的Gauss-Newton方法对所述的含有间隙特性的机械传动系统模型参数的在线辨识，对目标函数中求Clarke意义下的广义的雅克比矩阵。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械传动控制
，特别涉及一种含有间隙特性的机械传动系统的模型参数的确定方法。
技术介绍
许多常见的机械加工系统所需的设备，往往采用齿轮或丝杠作为传动机构的工作平台。齿轮或丝杠由于存在着间隙的原因，会对传动装置的精度和动态特性产生不利影响。这些影响包括降低系统的控制精度，引起系统的抖动，甚至导致系统不稳定。因此，必须考虑消除间隙的不利影响。通常采用的方法是基于模型的间隙补偿方法。该方法包括如何建立系统模型和确定模型的参数，这是实现基于模型的传动系统间隙补偿的关键。然而由于工程实际中从节省成本角度考虑，传动系 统中齿轮或丝杠的输入与输出并不加装任何传感器，因此相应的模型中间隙特性的输入、输出变量不可直接测量，在这种情况下，在线确定间隙模型参数存在较大困难。同时，随着设备的磨损，材料的老化等，间隙的参数也会发生变化，实时地确定间隙的参数也成为提高这类系统定位控制精度的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种快速的非光滑的辨识方法来在线确定机械传动系统所含间隙模型的参数的方法。本专利技术的技术方案，，所述的含有间隙特性的机械传动系统模型包括用来描述机械传动系统中驱动装置的1^(.)动态线性子系统、用来描述机械传动系统负载的L2(.)动态线性子系统和用来描述机械传动系统中传动部分间隙非线性特性的输入x(k)和输出V (k)，所述机械传动系统的输入u (k)和输出y(k)，M.)和L2 (.)分别表述为:

【技术保护点】
一种含有间隙特性的机械传动系统模型参数确定方法，其特征在于，所述的含有间隙特性的机械传动系统模型包括用来描述机械传动系统中驱动装置的L1(·)动态线性子系统、用来描述机械传动系统负载的L2(·)动态线性子系统和用来描述机械传动系统中传动部分间隙非线性特性的输入x(k)和输出v(k)，所述机械传动系统的输入u(k)和输出y(k)，L1(·)和L2(·)分别表述为：x(k)=-Σi2=1naai2x(k-i2)+Σj2=0nbbj2u(k-q1-j2)---(1)和y(k)=-Σi1=1ncci1y(k-i1)+Σj1=0nddj1v(k-q2-j1)---(2)其中，na和nb是L1(·)的阶次，和是L1(·)的系数,q1是时间延迟,na和nb是L2(·)的阶次，和是L2(·)的系数,q2是时间延迟。间隙的特性描述为：m(k)=m1+(m2?m1)g(k),???(3)v1(k)=m(k)(x(k)+g(k)x(k)?D1g1(k)+D2g2(k)),???(4)和v(k)=v1(k)+[v(k?1)?v1(k)](g1(k)?1)(g2(k)?1),???(5)其中：m1和m2分别是上升和下降的斜率，D1和D2分别是上升和下降的记忆区的绝对值，并且0g(k)=0,Δx(k)>01,Δx(k)≤0,g1(k)=1,x(k)>v(k-1)m1+D1andx(k)>x(k-1)0,else和g2(k)=1,x(k)<v(k-1)m2-D2andx(k)<x(k-1)0,else,并且Δx(k)=x(k)?x(k?1).机械传动系统模型的未知参数写为：并且θ=[c1,...,cnc,a1,...,anam1,m2,D1,D2,b1,...,bnb,d1,...,dnd]T.定义目标函数：Q(k,θ^(k))=Σk=1n[y(k)-y^(k,θ^(k))]22=12Σk=1nf(k,θ^(k))---(6)其中是参数θ的估计值,是系统模型的输出，式（6）用以优化未知参数采用M序列和正弦信号叠加的复合信号作为所述机械传动系统模型的激励信号，采用非光滑的Gauss?Newton方法对所述的含有间隙特性的机械传动系统模型参数的在线辨识，对目标函数中求Clarke意义下的广义的雅克比矩阵，该二阶优化算法的搜索方向为：t(k,θ^(k))=(h‾jT(k)h‾j(k)+μkI)-1h‾j(k)[y(k)-y^(k,θ^(k))]---(7)其中：hj(k)∈∂f(k,θ^j(k)),wj(k)∈∂y^(k,θ^(k))∂θ(k)|θ(k)=θj(k),h‾j(k)=Σj∈Jkλjkwj(k),λjk≥0,并且j∈Jk，Jk是{1,…，t1，}的一个非空集合，μk为阻尼系数，其中，所述的参数的非光滑二次优化算法为：第一步，选择参数的初始值优化停止参数δ>0，计算f(k,θ0)和向量并且j∈Jk,Jk={k0},|Jk|≤k1,|Jk|是Jk的元素数,k1是一个给定的正数,k=k0.定义线性的搜索参数:q∈(0,0.5),q*∈(q,1)，并且η(0)∈(0,1]；第二步，优化停止，否则，根据式（7)，选取μk>0,求搜索方向第三步:搜寻最大步长η(k)∈[0,1]，并且η(k)≥η(0)，如果并且那么,进行长步长搜索，并且设定θ^(k+1)=θ^(k)+η(k)t(k),并且θ^*(k+1)=θ^(k+1);转到第四步，另外，如果0θ^(k+1)=θ^(k)+η(k)t(k),θ^*(k+1)=θ^(k)+η*(k)t(k)并且η*(k)>η(k)，转到第五步，如果η(k)=0,并且满足式（8）,进行空步长搜索,即：θ^(k+1)=θ^(k),并且θ^*(k+1)=θ^(k)+η*(k)t(k);转到第五...

【技术特征摘要】
1.一种含有间隙特性的机械传动系统模型参数确定方法，其特征在于，所述的含有间隙特性的机械传动系统模型包括用来描述机械传动系统中驱动装置的u(.)动态线性子系统、用来描述机械传动系统负载的L...

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑞丽，谭永红，陈辉，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：