申请/专利权人：华中科技大学

申请日：2024-04-03

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN117991719B

主分类号：G05B19/404

分类号：G05B19/404

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2024.05.24#实质审查的生效;2024.05.07#公开

摘要：本发明属于机电控制系统中的摩擦扰动建模补偿技术领域，公开了一种用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法及系统，包括：设计摩擦特征激励轨迹，采集数据；分析预滑动与滑动阶段以及摩擦连续过渡行为；连续动态摩擦建模；获得初始化静态参数辨识结果；结合摩擦状态方程与系统微分方程，获得系统频响函数与动态参数辨识结果；高精度迭代搜索；对力控制系统进行前馈补偿，实现摩擦扰动抑制。本发明通过在力控制系统内合并参考信号和电机的控制输入作为前馈信号来补偿估计的摩擦力，实现刚柔耦合致动器中参考力轨迹跟踪的目标；利用动态连续摩擦模型与参考反馈结合的快速辨识补偿方法显著提高了力控制系统的摩擦扰动抑制与最终控制精度。

主权项：1.一种用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法，其特征在于，包括：步骤一，按照幅值遍历与速度加速度变化的原则，设计摩擦特征激励轨迹，在机器人磨抛力控制系统中运行，采集频率高的数据；步骤二，基于动态摩擦理论，构建输入-输出映射图，分析预滑动与滑动阶段以及摩擦连续过渡行为；步骤三，根据双曲正切函数的连续特性，与低通滤波器相结合，对摩擦动态、静态以及动静过渡态行为进行拟合，实现连续动态摩擦建模；步骤四，分析恒速度与摩擦的关系散点图，根据Stribeck画图法获得Fc，Fs，Vs，B这些静态参数，并进行连续化映射，获得初始化静态参数辨识结果；是阻力摩擦力；是Stribeck速度；是库仑摩擦力；步骤五，简化低速预滑动力执行器为单质量零状态系统，结合摩擦状态方程与系统微分方程，获得考虑摩擦力的系统频响函数Hjω与动态参数辨识结果σ；步骤六，利用初值Fc，Fs，Vs，B，σ对优化算法进行初始化，采用PSO方法进行高精度迭代搜索；步骤七，对力控制系统进行前馈补偿，将参考信号Fd与反馈信号Fo相减，根据力执行器模型获得参考速度Vd，通过所辨识摩擦模型获得估计摩擦力fest,并在电机端电流进行补偿，实现摩擦扰动抑制；所述步骤二中的输入-输出映射图构建方法包括：结合经典LuGre摩擦理论： ；其中，F为总摩擦力矩，单位为，v为相对速度，单位为，σ0，σ1，σ2为动摩擦的内部参数，gv为静摩擦力矩，单位为，z为内部状态变量，用于确定不同速度对应的摩擦区域；是一个经验常数；所述步骤三中的结合双曲正切函数与低通滤波器，对摩擦动态、静态以及动静过渡态行为进行拟合，实现连续动态摩擦建模包括：考虑忽略极小值σ1，dzdt，σ2v的LuGre模型： ；并进行s变换： ；其中sv是静摩擦模型，Tv是动态滤波系数，gv为静摩擦力矩；所述步骤四中的根据Stribeck画图法获得Fc，Fs，Vs，B静态参数，并进行连续化映射，包括：考虑双曲正切形式的静态摩擦建模： ；其中，γ1、γ2、γ3、γ4、γ5为Stribeck模型的连续化映射参数，γ50，γ2γ3，γ20，γ4=Fc，γ6=σ1，γ1=Fs-Fc，γ3=1Vs，以此实现连续Stribeck曲线，进一步与低通滤波器结合，实现改进的连续动态摩擦建模；所述步骤五中的将简化低速预滑动力执行器为单质量零状态系统，获得考虑摩擦力的系统频响函数Hjω包括：考虑将连续过渡摩擦模型转变为状态空间形式： ；其中，x1为系统相对位移，u为参考输入，将摩擦状态空间方程与系统微分方程结合，并进行频域分析： ；其中，jω为频域传递因子，cm为比例系数。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 华中科技大学 用于机器人磨抛力控制的动态摩擦建模与补偿方法及系统

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