[发明专利]一种机器人关节伺服电机控制方法

说明书

本发明提供一种机器人关节伺服电机控制方法，属于机器人控制领域。所述方法包括：对永磁同步电机建模，建立符合干扰观测标准的永磁同步电机数学模型；在永磁同步电机数学模型的基础上，建立永磁同步电机矢量控制系统的干扰观测器；建立针对永磁同步电机矢量控制系统的鲁棒H∞电流控制器；将建立的干扰观测器与鲁棒H∞电流控制器应用到永磁同步电机的矢量控制系统中，通过建立的干扰观测器对干扰进行预测，将干扰预测值前馈至鲁棒H∞电流控制器对干扰进行抵消。采用本发明，能够显著提高感机器人关节的控制精度和抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，特别涉及是指一种机器人关节伺服电机控制方法。

背景技术

关节机器人也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业。比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作，关节机器人利用电机驱动，使用高精度永磁同步电机矢量控制系统实现机器人关节的高精度控制。

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)具有尺寸小、惯量小、响应速度快、效率高等优点。高精度机器人关节多采用永磁同步电机与矢量（包括电机电压、电流等）控制的方法，然而当永磁同步电机矢量控制系统工作环境复杂且存在多种干扰情况下将导致矢量控制系统性能下降。

发明内容

本发明实施例提供了机器人关节伺服电机控制方法，将干扰观测器与鲁棒电流控制器应用到永磁同步电机矢量控制中，能够提高矢量控制系统的控制性能，从而显著提高感机器人关节的控制精度和抗干扰能力，解决了永磁同步电机矢量控制系统抗复杂干扰差、控制性能下降的问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种机器人关节伺服电机控制方法，该方法包括：

对永磁同步电机建模，建立符合干扰观测标准的永磁同步电机数学模型；

在永磁同步电机数学模型的基础上，建立永磁同步电机矢量控制系统的干扰观测器；

建立针对永磁同步电机矢量控制系统的鲁棒电流控制器，其中，表示无穷；

将建立的干扰观测器与鲁棒电流控制器应用到永磁同步电机的矢量控制系统中，通过建立的干扰观测器对干扰进行预测，将干扰预测值前馈至鲁棒电流控制器对干扰进行抵消。

进一步地，所述永磁同步电机数学模型表示为：

其中，分别表示电机角速度、轴电流、轴电流，为轴电压，为轴电压，为磁极对数，为直轴与交轴电感，为转子总磁链矢量，转动惯量，定子电阻，为摩擦系数，负载转矩，为时刻。

进一步地，所述在永磁同步电机数学模型的基础上，建立永磁同步电机矢量控制系统的干扰观测器包括：

对永磁同步电机数学模型进行等效变换，得到：

其中，为永磁同步电机矢量控制系统的状态，为对时刻的一阶导数，为永磁同步电机矢量控制系统非线性描述，为永磁同步电机矢量控制系统的输入，为输入增益矩阵，为干扰增益矩阵，为干扰，都表示输出矩阵用于输出状态；分别表示轴电流、轴电流、电机角速度；

根据等效变换后的表达式，建立永磁同步电机矢量控制系统的干扰观测器。

进一步地，所述干扰观测器为非线性干扰观测器；

所述干扰观测器的数学模型为：