[发明专利]一种变载荷条件下双驱动垂直升降伺服系统的同步控制方法

权利要求书

1.一种变载荷条件下双驱动垂直升降系统的同步控制方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

步骤1：针对伺服电机+减速机+齿轮齿条传动系统，建立其动力学模型；

步骤2：针对单伺服驱动系统，设计了PID+全局滑模控制的控制方法来减少外界环境对伺服驱动系统的干扰从而提高其运动过程中跟踪精度，假设伺服驱动系统的目标期望角位移为θ_d,而伺服驱动系统的实际运动角位移为θ,因此可以得出轨迹跟踪误差可以定义为e＝θ–θ_d,因此全局滑模函数S_g可以设计为:

其中k₁0,并且f(t)必须满足以下三个条件：

(1).f(0)＝S_g(0)；

(2).t→∞,f(t)→0；

(3).f(t)的一阶导数存在；

根据上述三个条件可以将f(t)设计为：

f(t)＝f(0)e^-kt (2)

其中k0,因此当满足滑模到达条件的时候，可以保证s永远趋近于0，即达到了全局滑模，在实现全局滑模的基础上，结合PID控制方法的优越性，设计具有PID性质的全局滑模函数S_PID为：

其中K_p,K_I和K_D分别是比例增益系数，积分增益系数以及微分增益系数，从而根据上述的表达式，具有PID性质的全局滑模函数S_PID可以改写如下形式：

为了实现单伺服驱动系统的高精度轨迹跟踪，根据上述的表达式，控制率可以设计为：

u＝u_a+u_b (5)

其中u_a以及u_b分别可以设计为：

u_b＝Dsgn(s_g) (7)

其中D是扰动d(t)的最大值；

步骤3:在保证了单伺服系统运动过程中轨迹跟踪精度的前提条件下，引入了基于两轴位置误差的交差耦合的控制方法来完善单伺服驱动系统间的同步性能。

2.根据权利要求1所述的一种变载荷条件下双驱动垂直升降系统的同步控制方法，其特征在于，步骤3中，在保证了单伺服系统运动过程中轨迹跟踪精度的前提条件下，引入了基于两轴位置误差的交差耦合的控制方法来完善单伺服驱动系统间的同步性能，两个单伺服驱动系统的实际输出角位移可以分别假设为θ₁以及θ₂，因此两个伺服驱动系统的角位移误差分别可以表示为e₁＝θ₁–θ_d,e₂＝θ₂–θ_d，通过交差耦合控制器的误差分配之后，两个伺服驱动系统的角位移误差分别可以表示如下表达式：

e₁＝θ₁-θ_d-k_j(θ₁-θ₂)

e₂＝θ₂-θ_d-k_j(θ₂-θ₁)

其中k_j＝J₁/J₂,而J₁与J₂分别为单伺服驱动系统1和单伺服驱动系统2的减速器输出轴上的等效转动惯量，从而结合步骤2所述的PID以及全局滑模控制方法，单伺服驱动系统1和单伺服驱动系统2的控制率u₁以及u₂可以设计为：

其中f₁以及f₂分别是单伺服驱动系统1和单伺服驱动系统2中的全局滑模函数中的f(t),S_g1以及S_g2分别是单伺服驱动系统1和单伺服驱动系统2中的全局滑模函数，D₁和D₂分别是单伺服驱动系统1和单伺服驱动系统的扰动d(t)的最大值。