一种动态伺服力驱动系统
专利汇可以提供一种动态伺服力驱动系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种动态伺服 力 驱动系统。所述系统包括机械本体、 电机 、力 传感器 、A/D转换器、 控制器 、伺服 驱动器 。机械本体中包含一前加载盘和一后加载盘，前后加载盘间设置若干 弹簧 ，后加载盘固定在机械本体中滚珠 丝杠 的 螺母 上。电机可驱动滚珠丝杠，后者带动后加载盘，使前后加载盘相对运动而 压缩弹簧 以产生加载力。加载时控制器根据设定力和力传感器 信号 控制伺服驱动器 驱动电机 ，实现按设定力精确加载。本发明采用并联压缩弹簧，使输出力成倍增加；压缩弹簧固定在可沿固定支座滚动的加载盘上，行程取决于滚珠丝杠的长度；具有输出力大、行程大的特点；控制器采用带扰动观测器的自适应滑模控制 算法 可实现外界干扰下的动态高 精度 加载。，下面是一种动态伺服力驱动系统专利的具体信息内容。
1.一种动态伺服力驱动系统，其特征在于，所述的动态伺服力驱动系统含有机械本体、力传感器、A/D转换器、运动控制器、伺服驱动器；所述的机械本体包括支座、伺服电机驱动组件、轴承组件、滚珠丝杠组件、压缩弹簧组件、导轨组件、加载头组件；其中，所述的伺服电机驱动组件含有伺服电机（2）、导板（23）、同步带（5）、从同步带轮（6），轴承组件含有轴承端盖(7)、轴承套筒(8)、轴承座(9)、轴承组(10)，滚珠丝杠组件包含丝杠(11)、丝杠螺母(12)，压缩弹簧组件含有弹簧（17）、导杆（18）、前加载盘（19）、后加载盘（22），导轨组件含有动导轨条（15）、静导轨条（16），加载头组件含有过渡套筒(20)、力传感器（21）、加载头（24），轴承组（10）包含三组推力角接触球轴承; 其连接关系是，所述的支座（1）一端设置有电机安装板，支座的底面为平面，支座柱状圆筒内孔圆周上均布设置有用于固定静导轨条（16）的三个矩形槽，支座柱状圆筒中轴线与支座底面平行；所述的丝杠（11）设置在支座的中轴线上；电机安装板上设置有导板（23）和导槽，导板（23）与支座（1）上的导向槽间隙配合，伺服电机（2）固定连接在电机安装板上的导板（23）上；所述圆环状的后加载盘（22）中轴线上有一中心孔，后加载盘（22）上沿中轴线圆周均匀设置有数个通孔，外圆周面均布设置三个矩形槽；所述的圆环状的前加载盘（19）中轴线上有一中心孔，在前加载盘（19）沿中轴线的圆周上设置有与后加载盘（22）位置对应的通孔；伺服电机（2）轴上的主同步带轮通过同步带（5）驱动从同步带轮（6）；所述的从同步带轮（6）通过键与丝杠（11）连接；轴承组（10）的内圈与丝杠（11）的轴端为过渡配合；轴承组10的外圈与轴承套筒（8）的内孔为间隙配合；轴承套筒（8）的外圆与轴承座（9）间隙配合，并通过螺钉与轴承座（9）连接；所述的轴承座（9）与支座（1）的内圆面配合，通过螺钉与支座（1）连接；所述的轴承端盖（7）压紧在轴承组（10）的内圈，通过螺钉与轴承套筒（8）连接；所述的丝杠（11）的上的丝杠螺母（12）的外圆柱面与后加载盘（22）的中心孔间隙配合；所述的后加载盘（22）外圆周上的三个均匀设置的矩形槽上对应安装有三个动导轨条（15）；所述的静导轨条（16）嵌入在后加载盘（22）的矩形槽内，所述的动导轨条（15）与静导轨条（16）之间安装有滚珠（14）；所述的丝杠螺母（12）通过螺钉与所述的压缩弹簧组件中的后加载盘（22）连接；所述的后加载盘（22）与前加载盘（19）之间通过导杆（18）连接；导杆（18）的外围设置有弹簧（17）；前加载盘（19）与设置在滚珠丝杠（11）外围的过渡套筒（20）的一端连接；过渡套筒（20）的另一端与力传感器（21）一端连接；传感器（21）另一端与加载头（24）连接；所述的支座（1）、丝杠（11）、前加载盘（19）、后加载盘（20）、导杆（18）为同轴设置；所述的控制器（25）通过A/D转换，接受力传感器（21）的力信号，力信号通过与设定力的偏差在控制器（25）内部计算得到控制信号；控制信号经伺服驱动器放大后驱动机械本体中的伺服电机（2）旋转，伺服电机（2）通过同步带（5）驱动从皮带轮（6），从皮带轮（6）带动滚珠丝杠（11）旋转，进而通过丝杠螺母（12）驱动压缩弹簧组件中的后加载盘（22），前加载盘（19）和后加载盘（22）之间发生相对运动压缩弹簧（17）产生加载力。
2.根据权利要求1所述的一种动态伺服力驱动器系统，其特征在于，所述的导杆（18）一端通过内螺纹与前加载盘（19）的通孔固定连结，贯穿于压缩弹簧（17），导杆（18）另一端与后加载盘（22）沿圆周均布的孔间隙配合，并通过螺母（13）压紧在后加载盘（22）上。
3.根据权利要求1所述的一种动态伺服力驱动系统，其特征在于，所述的轴承组替换为含有径向轴承和止推轴承组成的轴承组。
4.根据权利要求1所述的一种动态伺服力驱动系统，其特征在于，所述压缩弹簧组件与支座（1）之间通过导轨组件形成运动副，运动副是滚动运动副或滑动运动副。
5.根据权利要求1所述的一种动态伺服力驱动系统，其特征在于，所述的伺服电机驱动组件和丝杠（11）之间采用同步带传动或联轴器传动。
6.根据权利要求1所述的一种动态伺服力驱动系统，其特征在于，所述的丝杠（11）采用梯形螺杆替代。
7.根据权利要求1所述的一种动态伺服力驱动系统，其特征在于，所述的动态伺服力驱动系统的控制算法采用带扰动观测器的自适应滑模控制算法。
一种动态伺服力驱动系统
技术领域
背景技术
发明内容
所述的控制器通过A/D转换，接受力传感器的力信号，力信号通过与设定力的偏差在控制器内部计算得到控制信号；控制信号经伺服驱动器放大后驱动机械本体中的伺服电机旋转，伺服电机通过同步带驱动从皮带轮，从皮带轮带动滚珠丝杠旋转，进而通过丝杠螺母驱动压缩弹簧组件中的后加载盘，前加载盘和后加载盘之间发生相对运动压缩弹簧产生加载力。
图3本发明中机械本体部分的基座结构示意图；
图4为本发明中机械本体部分前加载盘的结构示意图；
图5为为本发明中机械本体部分导杆的结构示意图；
图6为本发明的系统框图；
图7为本发明的动态力伺服驱动系统在正弦参考力下，不带干扰观测器的自适应滑模控制响应曲线及跟踪误差曲线图；
图8为本发明的动态力伺服驱动系统在正弦参考力下，带干扰观测器的自适应滑模控制响应曲线及跟踪误差曲线图；
图中，1.支座2.伺服电机3.调整螺钉4.锁紧螺母5.同步带6.从同步带轮7.轴承端盖8.轴承套筒9.轴承座10.轴承组11.滚珠丝杠12.丝杠螺母13.螺母14.滚子组件
15.动导轨条16.静导轨条17.压缩弹簧18.导杆19.前加载盘20.过渡套筒21.力传感器22.后加载盘23.导板24.加载头25.控制器。
具体实施方式
10，滚珠丝杠组件包含丝杠11、丝杠螺母 12，压缩弹簧组件含有弹簧17、导杆18、前加载盘
19、后加载盘22，导轨组件含有动导轨条15、静导轨条16，加载头组件含有过渡套筒 20、力传感器21、加载头24，轴承组10包含三组推力角接触球轴承; 其连接关系是，所述的支座
1一端设置有电机安装板，支座的底面为平面，支座柱状圆筒内孔圆周上均布设置有用于固定静导轨条16的三个矩形槽，支座柱状圆筒中轴线与支座底面平行；所述的丝杠11设置在支座的中轴线上；电机安装板上设置有导板23和导槽，导板23与支座1上的导向槽间隙配合，伺服电机2固定连接在电机安装板上的导板23上；所述圆环状的后加载盘22中轴线上有一中心孔，后加载盘22上沿中轴线圆周均匀设置有数个通孔，外圆周面均布设置三个矩形槽；所述的圆环状的前加载盘19中轴线上有一中心孔，在前加载盘19沿中轴线的圆周上设置有与后加载盘22位置对应的通孔；伺服电机2轴上的主同步带轮通过同步带5驱动从同步带轮6；所述的从同步带轮6通过键与丝杠11连接；轴承组10的内圈与丝杠11的轴端为过渡配合；轴承组10的外圈与轴承套筒8的内孔为间隙配合；轴承套筒8的外圆与轴承座9间隙配合，并通过螺钉与轴承座9连接；所述的轴承座9与支座1的内圆面配合，通过螺钉与支座1连接；所述的轴承端盖7压紧在轴承组10的内圈，通过螺钉与轴承套筒8连接；所述的丝杠11的上的丝杠螺母12的外圆柱面与后加载盘22的中心孔间隙配合；所述的后加载盘22外圆周上的三个均匀设置的矩形槽上对应安装有三个动导轨条15；所述的静导轨条16嵌入在后加载盘（22）的矩形槽内，所述的动导轨条（15）与静导轨条（16）之间安装有滚珠14；所述的丝杠螺母12通过螺钉与所述的压缩弹簧组件中的后加载盘22连接；所述的后加载盘22与前加载盘19之间通过导杆18连接；导杆18的外围设置有弹簧
17；前加载盘19与设置在滚珠丝杠11外围的过渡套筒20的一端连接；过渡套筒20的另一端与力传感器21一端连接；传感器21另一端与加载头24连接；所述的支座1、丝杠11、前加载盘19、后加载盘20、导杆18为同轴设置，如图1~5所示。
(1)
不确定项 和扰动项 满足如下匹配条件 ， ，则（1）可以改写为：
(2)
其中 .
设指令位置信号为 ,跟踪误差为 ,则切换函数表示为
(3)
其中, , , , 为采样时间间隔.由（4）得：
(4)
得到控制律为
(5)
力驱动器在工作时被加载对象通常是运动的，为了提高动态跟踪精度可以引入干扰观测器补偿外界干扰的作用。针对 (1),设计如下带有干扰补偿的滑模控制器
(6)
其中 取式（5）, ,干扰观测器设计为
(7)
其中, , 为正的实数。
综上，带扰动观测器的自适应滑模控制律为：
（9）
图7为给定正弦参考力下没有采用扰动观测器时自适应滑模控制律（5）的跟踪曲线及误差，图8为给定正弦参考力下采用扰动观测器的自适应滑模控制律（9）的跟踪曲线及误差。可以看出，后者的跟踪误差显著小于前者。
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