兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 276-287.doi: 10.12382/bgxb.2022.0941
收稿日期:
2022-10-17
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Tianyi, ZHENG Ying*(), QIU Xinguo, JI Xingjian, JIN Xiaohang
Received:
2022-10-17
Online:
2024-01-30
摘要:
针对工业机器人关节伺服系统负载时变和模型不确定性问题,提出将线性扩张状态观测器和基于特征模型的全系数自适应控制相结合的控制策略。建立双惯量柔性关节动力学模型并得到关节伺服系统5阶扩张状态方程。基于该模型设计5阶线性扩张状态观测器,通过该观测器估计系统总扰动并进行扰动补偿,并证明观测器收敛性。基于特征建模的方法,通过实验数据和梯度下降法对特征参数进行辨识,并基于参数值设计全系数自适应控制律,将该控制律结合线性扩张状态观测器设计一种控制策略,对系统进行精确控制。实验结果表明,新的控制策略使系统在变负载扰动工况下的定位精度达到0.003°,正弦信号跟踪误差保持在0.92°以内,系统具有较强的鲁棒性和控制精度。
中图分类号:
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ZHANG Tianyi, ZHENG Ying, QIU Xinguo, JI Xingjian, JIN Xiaohang. Disturbance Compensation Strategy for Fifth-order Joint Servomechanism Based on Characteristic Model[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 276-287.
参数 | 数值 |
---|---|
反电动势Ce/(V·rad·s-1) | 0.0764 |
转矩常数Kt/(N·m·A-1) | 0.112 |
转动惯量Jm/(kg·m2) | 0.175×10-4 |
定子电阻Rs/Ω | 0.15 |
黏滞摩擦系数B/(N·m·(rad·s-1)-1) | 0.3 |
减速比i | 100:1 |
PWM功放系数Ku | 8.32 |
额定负载惯量JL/(kg·m2) | 0.025 |
联轴器刚度系数ks/(N·m·rad-1) | 3000 |
齿隙2θ/rad | 0.00175 |
表1 伺服系统参数
Table 1 Parameters of servomechanism
参数 | 数值 |
---|---|
反电动势Ce/(V·rad·s-1) | 0.0764 |
转矩常数Kt/(N·m·A-1) | 0.112 |
转动惯量Jm/(kg·m2) | 0.175×10-4 |
定子电阻Rs/Ω | 0.15 |
黏滞摩擦系数B/(N·m·(rad·s-1)-1) | 0.3 |
减速比i | 100:1 |
PWM功放系数Ku | 8.32 |
额定负载惯量JL/(kg·m2) | 0.025 |
联轴器刚度系数ks/(N·m·rad-1) | 3000 |
齿隙2θ/rad | 0.00175 |
信号 | $\hat{f}_{1}$ | $\hat{f}_{2}$ | $\hat{g}_{0}$ | $\tilde{Y} /\left(^{\circ}\right) $ |
---|---|---|---|---|
1.3461 | -0.3465 | 3.0659×10-5 | 0.026 | |
2 | 1.3472 | -0.3469 | 6.6071×10-4 | 0.021 |
3 | 1.3475 | -0.3481 | 5.8614×10-4 | 0.035 |
表2 特征参数辨识结果
Table 2 Identification results of characteristic parameters
信号 | $\hat{f}_{1}$ | $\hat{f}_{2}$ | $\hat{g}_{0}$ | $\tilde{Y} /\left(^{\circ}\right) $ |
---|---|---|---|---|
1.3461 | -0.3465 | 3.0659×10-5 | 0.026 | |
2 | 1.3472 | -0.3469 | 6.6071×10-4 | 0.021 |
3 | 1.3475 | -0.3481 | 5.8614×10-4 | 0.035 |
控制器 | 指标 | ||
---|---|---|---|
Me | μ | σ | |
C1 | 9.025 | 5.155 | 2.394 |
C2 | 8.736 | 0.821 | 0.842 |
C3 | 4.699 | 1.285 | 0.939 |
C4 | 1.952 | 0.594 | 0.295 |
表3 性能指标
Table 3 Performance indicators(°)
控制器 | 指标 | ||
---|---|---|---|
Me | μ | σ | |
C1 | 9.025 | 5.155 | 2.394 |
C2 | 8.736 | 0.821 | 0.842 |
C3 | 4.699 | 1.285 | 0.939 |
C4 | 1.952 | 0.594 | 0.295 |
控制器 | 指标 | ||
---|---|---|---|
Me | μ | σ | |
C1 | 25.436 | 15.698 | 7.026 |
C2 | 14.176 | 8.926 | 3.977 |
C3 | 11.461 | 2.834 | 1.850 |
C4 | 10.221 | 0.629 | 1.193 |
表4 性能指标
Table 4 Performance indicators(°)
控制器 | 指标 | ||
---|---|---|---|
Me | μ | σ | |
C1 | 25.436 | 15.698 | 7.026 |
C2 | 14.176 | 8.926 | 3.977 |
C3 | 11.461 | 2.834 | 1.850 |
C4 | 10.221 | 0.629 | 1.193 |
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