1.一种用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器,其特征在于,包括PID控制器的三环控制系统,所述三环控制系统由内向外依次包括电流环、位置环以及速度环;
还包括在所述三环控制系统中增加的前馈控制环节和反馈控制环节,所述前馈控制环节包括速度前馈、加速度前馈以及通过LuGre摩擦模型得到的摩擦补偿,所述速度前馈为对位置环输入的一节微分环节,所述加速度反馈为对速度环输入的二阶微分环节;所述反馈控制环节包括微分负反馈;
通过粒子群优化算法整定所述前馈控制环节中的三个参数:速度前馈增益Ka,加速度前馈增益Kb,以及摩擦补偿增益Kf。
2.如权利要求1所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器,其特征在于,所述速度前馈和加速度前馈的传递函数分别为:其中,Kt为转矩系数,J为转动惯量。
3.如权利要求1所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器,其特征在于,通过调节所述微分负反馈中的微分负反馈系数τD调节所述伺服系统的阻尼比ξ。
4.如权利要求3所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器,其特征在于,所述伺服系统的阻尼比ξ为:0.8<ξ<0.9。
5.如权利要求1所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器,其特征在于,所述LuGre摩擦模型的数学模型为:
其中,Z为鬃毛的平均变形量,ω为转速,σ0为刚度系数,g(ω)为非线性函数,用于体现不同条件下的摩擦效应,Ff为总摩擦力矩,σ1为阻尼系数,σ2为粘滞系数,Fc为库仑摩擦力矩,ωs为Stribeck速度。
6.如权利要求1所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器,其特征在于,所述粒子群优化算法中,每个可行解为一个粒子,每一个粒子包括两个参数:位置x和速度v,在解空间中根据以下迭代公式不断逼近全局最优解:v=ω·v+c1r1(PBest‑x)+c2r2(gBest‑x)x=x+v
其中,ω为惯性权重,用于表示过去的速度对现在速度的影响程度;c1和c2为加速度系数;r1和r2为在[0,1]上均匀分布的随机数;pBest为当前最优位置;gBest为全局最优位置。
7.如权利要求6所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器,其特征在于,在每次迭代中,通过适应度函数来判断一个粒子是否为最优解。
8.如权利要求7所述的用于伺服系统的摩擦补偿前馈控制器,其特征在于,所述适应度函数为:
采样时间ts=0.00ls,输入信号为正弦信号R(k)=0.1*sin(0.2π·k·ts),k=1,2,
3,…,2500,输出信号为Y(k)。