[发明专利]一种提高伺服系统跟踪精度的补偿控制方法

说明书

一种提高伺服系统跟踪精度的补偿控制方法。由于常规的控制技术没有考虑伺服系统中摩擦的影响，导致伺服系统控制效果不够理想，控制精度较低，为了实现伺服系统的高精度控制，同时克服未知摩擦造成的爬行、平顶、极限环，以及较大稳态误差等问题，本发明提供了一个可以对未知复杂摩擦进行实时在线补偿的方法，以补偿摩擦对伺服系统的影响，同时结合鲁棒控制器实现对伺服系统的高精度轨迹跟踪控制。该方法不仅解决了机械伺服系统中摩擦环节带来的负面影响，克服了传统控制方法的不足，还明显提高了伺服系统的控制精度和动静态性能。

技术领域

本发明涉及一种自适应补偿控制方法，用于伺服系统的高精度跟踪控制。

背景技术

在高精度、超低速伺服系统中，由于非线性摩擦环节的存在，使伺服系统的动态及静态性能受到很大程度的影响，主要表现为低速时出现爬行现象，稳态时有较大静差或出现极限环振荡。摩擦现象是一种复杂的、非线性的、具有不确定的自然现象，摩擦学的研究结果表明，人类目前对于摩擦的物理过程的了解还只停留在定性认识阶段，无法通过数学方法对摩擦过程给出精确描述。对于机械伺服系统而言，摩擦环节是提高系统性能的障碍。为了减轻机械伺服系统中摩擦环节带来的负面影响，人们在大量的实践中总结出很多有效的方法：改变机械伺服系统的结构设计，减少传动环节；选择更好的润滑剂，减小动静摩擦的差值。但以上方法并不能消除摩擦的影响，在性能改善上效果有限，而且还增大了设计和使用难度，以及生产成本等。因此如何在控制算法上进行改进，通过软件补偿的方法克服摩擦的影响，在不增加硬件成本的基础上提高伺服系统的控制精度，显得尤其重要。

发明内容

由于常规的控制技术没有考虑伺服系统中摩擦的影响，导致伺服系统控制效果不够理想，控制精度较低，为了实现伺服系统的高精度控制，同时克服未知摩擦造成的爬行、平顶、极限环，以及较大稳态误差等问题，本发明设计了一个可以根据伺服系统的跟踪误差及误差变化率等参数自动对未知摩擦进行实时补偿的自适应补偿环节，该补偿环节具有万能逼近特性，能以任意精度逼近机械伺服系统中的任意非线性复杂摩擦。在对摩擦进行补偿的基础上，结合自适应鲁棒控制算法即可实现伺服系统的高精度轨迹跟踪控制。该方法不仅解决了机械伺服系统中摩擦环节带来的负面影响，克服了传统控制方法的不足，还明显提高了伺服系统的控制精度和动静态性能。

附图说明

图1是伺服系统PID控制结构图。

图2是伺服系统自适应补偿控制结构图。

图3是伺服系统位置跟踪控制效果对比图。

图4是伺服系统速度跟踪控制效果对比图。

图5是伺服系统位置跟踪误差对比图。

图6是伺服系统速度跟踪误差对比图。

图7是伺服系统摩擦补偿效果图。

具体实施方式

图1所示为伺服系统PID控制结构图。伺服系统的动力学方程为：