申请/专利权人：安徽工业大学

申请日：2023-08-03

公开（公告）日：2023-12-15

公开（公告）号：CN117235971A

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F17/18;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.01.02#实质审查的生效;2023.12.15#公开

摘要：本发明涉及基于逆模型的单套索传动系统自适应滑模补偿控制方法，本文从套索传动系统的特点出发，为了克服系统非线性强、传动精度差的缺点，创建单套索传动系统的静力学模型和动力学模型，在动力学模型中根据刚度关系将系统输入由力转化为位移提高了模型的实用性，并证明模型的正确性。在此基础上，使用自适应控制算法在线估计系统动力学参数，配合滑模控制器实现对系统的自适应补偿控制，既实现远距离灵活地传输力与运动，又提高了系统的传动精度。在有干扰及无干扰两种条件下，自适应滑模补偿控制算法均实现了不同程度的优化效果，体现了自适应控制策略的有效性，为单套索传动系统在高精度传动领域的应用提供了理论依据。

主权项：1.基于逆模型的单套索传动系统自适应滑模补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立单套索传动系统静力学模型将套管简化为两端固定中间部分为光滑任意的形状，绳索一端为动力输入端，另一端穿过套管与负载连接，规定L为套管总长度，F0,t、FL,t、x0,t、xL,t分别为套索传动机构的输入力、输出力、输入位移和输出位移，由动力输出端沿着套索路径指向输入端的方向为其正方向，则套索传动系统静力学模型为： x0,t＝ΔsL,t+xL,t式中，λ为系统输出速度的符号函数，λ＝sgnv，其中v为系统输出速度，系统输出速度为正时λ＝1，套索工作在收缩阶段，系统输出速度为负时λ＝-1，套索工作在放松阶段，系统输出速度为0时λ＝0，套索工作在死区阶段；μ为套管与绳索间摩擦系统；θ为套管全曲率，κs,t为套索微元的曲率，s为弧长，t为时间；ΔsL,t的表达式如下： 式中，A为绳索的横截面积，E为绳索的弹性模量，ΔsL,t0为t0时刻绳索伸缩量，Δx0,t＝x0,t-x0,t0；S2、建立套索传动系统逆模型S21、采用S1中的静力学模型对套索传动系统进行补偿控制，设定：绳索一端与电机减速器连接，另一端穿过套管与线性负载弹簧连接，电机通过减速器带动转盘转动，转盘带动绳索拉动负载弹簧，负载弹簧的刚度为kL，套索期望输出力为Foutd，根据套索传动系统静力学模型，套索传动系统逆模型输出位移为： 在套索传动系统静力学模型中，模型的输入为输入端位移xin，其输出为套索末端拉力Fout，而在套索传动系统逆模型中，将期望输出力看作是系统的输入，将所需输入位移视作为逆模型的输出；S22、在忽略绳索伸长量对套索各部分粘性摩擦力的影响下，则单套传动系统可描述为： 式中，τin为套索传动系统的输入扭矩，J为套索传动系统在转盘处的等效转动惯量，B为套索传动系统沿套索传动方向上的等效阻尼，F0为套索传动系统的预紧力，r1为转盘半径；考虑到补偿控制时基于了逆模型的输出位移且减速器刚度较大，在系统换向时系统可根据逆模型给定的输入位移抵消摩擦力的影响，可将上式简化为： 电机工作在速度模式，其输出量为urmin，系统输入端扭矩τin可表示为：τin＝r1kr∫udt+F0r1由上述两式可得： 式中，kr＝2πr1km60im，km为套索输入端的等效刚度，im为减速器减速比；由于系统外界干扰引起的系统状态误差是不可控的，且模型本身存在误差，所以在考虑外界扰动后可将上式表示为： 式中，dt为系统外界扰动，是一个不确定值，根据其有界性可假设存在常数D，|dt|＜D；定义系统状态变量根据上式套索传动系统可表示为： 其中，B＝[0,0,krr12J]T，E＝[0,0,-dt]T， S3、建立自适应滑模补偿控制器S31、自适应滑模控制器将上式简化表述为： 式中，φ1＝Jkrr12、φ2＝kLkr、φ3＝Bkr，现将其视为系统的未知参数，显然φi＞0，i＝1,2,3，d1为系统的广义外部干扰，uas为自适应滑模控制器，正实数D1满足：|d1|＜D1；定义系统误差向量为： 根据上述两式可将控制对象重新描述为： 定义未知参数φi的估计值为则估计误差可表示为： 考虑系统在各个阶段间进行切换时未知参数φi可能存在快速切换，但是在套索传动过程中各个阶段严格按照收缩阶段-死区阶段-放松阶段-死区阶段-收缩阶段这一顺序进行，因此，在套索传动的各个阶段中可认为未知参数φi有界且是缓慢变化的，故： 构造滑模面：s＝c3e1+c4e2+e3将上式两边同乘未知数φ1后取其微分可得： 采用基于指数趋近率的控制方法，即 式中，ε2＞D1，ks2＞0，使用φi的估计值来替代φi，因此选择一下自适应率对未知参数进行更新： 式中，ψi＞0i＝1,2,3为自适应特性调整参数；将上述五式联立可得系统自适应滑模控制器uas为： S32、前馈控制器为了使系统具有更快的响应性能，基于谐波减速器传递函数Gs设计前馈控制器uq，前馈控制器的输入是逆模型的输出信号xinv，输出为电机转速； uq＝xinvG-1s式中，G-1s＝kVsL+kAsL2，kV是系统阻尼增益，kA是系统前馈惯性力增益，sL为Laplace算子，kV和kA可以通过离线辨识的方法确定；S33、自适应滑模补偿控制器uasq可表示为：

全文数据：

权利要求：

百度查询： 安徽工业大学 基于逆模型的单套索传动系统自适应滑模补偿控制方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD