[发明专利]超声波电机伺服控制系统控制特性测试装置及其控制策略

说明书

技术领域

本发明涉及一种行波型超声波电机伺服控制系统控制特性测试装置,确切地说,它是一种无铁心电机的伺服控制系统控制特性测试装置。 

背景技术

现有行波型超声波电机伺服控制系统控制特性测试，主要是针对位置和速度的控制特性测试，对力矩的控制特性测试较少涉及。由于超声波电机的输出力矩非线性，使得力矩控制变得较为困难，因此电机在力矩伺服控制上也就难以获得较好的控制特性。 

使用此超声波电机伺服控制系统控制特性测试装置，用直流永磁电机模拟固定和可变负载，这样可以根据测试需要改变直流永磁无刷电机输出力矩的大小，从而使超声波电机的负载力矩可以预先进行计算，这样使得力矩调整的灵活性增加，并辅以力矩传感器，提高了伺服控制系统测试结果的准确性，因此超声波电机可以获得较好的伺服控制系统控制特性测试性能。 

发明内容

本发明的目的是提供一种行波型超声波电机伺服控制系统控制特性测试装置,能够实现超声波电机伺服系统的控制特性测试。 

本发明采用以下方案实现：一种行波型超声波电机伺服控制系统控制特性测试装置，其特征在于：包括电机驱动控制器以及设置在各自支架上的超声波电机、直流永磁无刷电机和光电编码器；所述的超声波电机输出轴和永磁电机的前端输出轴经第一弹性联轴器连接；所述第一弹性联轴器上设置有一力矩传感器；所述的直流永磁无刷电机的后端输出轴和光电编码器经第二弹性联轴器连接；所述的第二弹性联轴器上设置有磁粉制动器；所述的电机驱动控制器与所述的超声波电机控制端、光电编码器的输出端以及力矩传感器的输出端连接。 

在本发明一实施例中，所述的电机驱动控制器包括电性连接的控制芯片和驱动电路芯片，所述的控制芯片包括用于接收所述光电编码器输入的A、B、Z相信号的引脚、用于接收所述力矩传感器的输入信号的引脚、输出所述直流永磁无刷电机的控制信号的引脚以及用于产生驱动驱动电路芯片信号的引脚；所述驱动电 路芯片包括用于为驱动电路芯片产生半桥驱动频率调节信号的引脚以及产生驱动半桥电路的调节信号引脚。 

本发明的另一目的是为更好的提高上述测试装置的测试性能，提供一种行波型超声波电机伺服控制系统的控制策略。 

本发明采用以下方案实现：一种超声波电机伺服控制系统的控制策略，其特征在于：该控制策略应用于如权利要求1所述的测试装置中的行波型超声波电机伺服控制系统，该控制策略包括： 

（1）所述伺服控制系统的控制部分由神经元自适应比例积分微分控制算法组成；输入的状态量有3个，分别是本时刻光电编码器信号与力矩传感器信号给定值与实际值的误差，本时刻信号误差与前一时刻信号误差的差，本时刻信号误差与前一时刻信号误差的微分；输出的状态量为调节频率、相位差、电压； 

（2）在神经元的学习算法中，借用最优控制中二次型性能指标的思想，实现对输出误差的控制； 

（3）神经元权重值修正以目标函数相应于神经元权重系数负梯度的方向进行，该神经元是一类在线自适应控制。 

在本发明一实施例中，所述的3个输入量为x₁(k)、x₂(k)、x₃(k)；这里，x₁(k)、x₂(k)、x₃(k)分别定义为 

x₁(k)=r(k)-y(k)=e(k) 

x₂(k)=e(k)-e(k-1) 

x₃(k)=e(k)-2e(k-1)+e(k-2) 

其中e(k),e(k-1)为本时刻和上一时刻的误差，r为系统给定值，y为系统输出； 

神经元输出u(k)为