本發(fā)明屬于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制相關(guān)，更具體地，涉及一種足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、在工業(yè)生產(chǎn)、生活服務(wù)、醫(yī)療、航空航天等相關(guān)領(lǐng)域，機(jī)器人扮演著越來(lái)越重要的角色，而足式機(jī)器人憑借著它的靈活性、適應(yīng)性與交互友好型展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。足式機(jī)器人的關(guān)節(jié)電機(jī)控制優(yōu)劣決定了它的總體性能。對(duì)于進(jìn)行連續(xù)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的足式機(jī)器人，高精度的力觀測(cè)與高響應(yīng)的關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制是必需的。
2、對(duì)于進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)的足式機(jī)器人，可以把運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為兩類，分別是著地相與騰空相。在著地相，足式機(jī)器人需要克服自身重力和地面的復(fù)雜摩擦力，此時(shí)系統(tǒng)的外界擾動(dòng)較多，且難以直接建模，而在騰空相時(shí)，足式機(jī)器人更注重軌跡規(guī)劃，此時(shí)系統(tǒng)擾動(dòng)較小。不論是著地相還是騰空相，都需要關(guān)節(jié)電機(jī)輸出平穩(wěn)、精準(zhǔn)的推力。
3、在足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于需要輸出足夠大的推力及扭矩，關(guān)節(jié)電機(jī)的電氣參數(shù)可能會(huì)隨著劇烈運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，若使用在線辨識(shí)算法對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)與更新，外界大量難以建模的擾動(dòng)也使得辨識(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確度受到影響；為了保證電機(jī)輸出電流的精度，采用預(yù)測(cè)控制算法，并使用lc濾波器來(lái)減小電流紋波，但是lc濾波器會(huì)產(chǎn)生諧振使電流控制失效。同時(shí)單純依賴力傳感器進(jìn)行力的測(cè)量也很難滿足足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法及系統(tǒng)，其旨在解決現(xiàn)有足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的電流控制精度較低的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，該驅(qū)動(dòng)控制方法包括以下步驟：
3、(1)在足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為騰空相時(shí)，對(duì)足式機(jī)器人的關(guān)節(jié)電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)；
4、(2)基于辨識(shí)得到的參數(shù)進(jìn)行集中擾動(dòng)觀測(cè)，并基于得到的集中擾動(dòng)計(jì)算得到電流，再采用計(jì)算得到的電流進(jìn)行電壓預(yù)測(cè)控制，進(jìn)而得到第一電流；
5、(3)根據(jù)第一電流計(jì)算關(guān)節(jié)電機(jī)的推力，并將計(jì)算得到的推力與測(cè)量得到的推力進(jìn)行融合得到最終推力。
6、進(jìn)一步地，采用無(wú)差拍預(yù)測(cè)控制進(jìn)行電壓預(yù)測(cè)控制。
7、進(jìn)一步地，使用200khz的開關(guān)頻率的開關(guān)模塊產(chǎn)生pwm，進(jìn)而得到第一電流。
8、進(jìn)一步地，采用lc濾波器對(duì)第一電流進(jìn)行濾波處理。
9、進(jìn)一步地，將lc濾波器的電容電流反饋給電壓后進(jìn)行電壓預(yù)測(cè)控制。
10、進(jìn)一步地，使用卡爾曼濾波算法將計(jì)算得到的推力與測(cè)量得到的推力進(jìn)行融合得到最終推力。
11、進(jìn)一步地，使用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)；將系統(tǒng)狀態(tài)、外界擾動(dòng)與傳感器噪聲均視為集中擾動(dòng)。
12、本發(fā)明還提供了一種足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括電機(jī)電氣參數(shù)在線辨識(shí)模塊、基于擾動(dòng)觀測(cè)的無(wú)差拍預(yù)測(cè)模塊及推力融合模塊；其中，
13、所述電機(jī)電氣參數(shù)在線辨識(shí)模塊用于在足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為騰空相時(shí)，對(duì)足式機(jī)器人的關(guān)節(jié)電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)；
14、所述無(wú)差拍預(yù)測(cè)模塊用于基于辨識(shí)得到的參數(shù)進(jìn)行集中擾動(dòng)觀測(cè)，并基于得到的擾動(dòng)計(jì)算得到電流，再采用計(jì)算得到的電流進(jìn)行電壓預(yù)測(cè)控制，進(jìn)而得到第一電流；
15、所述推力融合模塊用于根據(jù)第一電流計(jì)算推力，并將計(jì)算得到的推力與測(cè)量得到的推力進(jìn)行融合得到最終推力。
16、進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括lc濾波器，所述lc濾波器用于對(duì)第一電流進(jìn)行濾波處理。
17、進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：
18、
19、式中，l為電機(jī)電感；lf為濾波電感；cf為濾波電容；r為電機(jī)電阻；im(s)為負(fù)載電流；u(s)為濾波輸入電壓。
20、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法及系統(tǒng)主要具有以下有益效果：
21、1.本發(fā)明結(jié)合足式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，將在線辨識(shí)電機(jī)參數(shù)的部分放在擾動(dòng)較小的騰空相完成，提高了電機(jī)電氣參數(shù)的辨識(shí)精度，進(jìn)而提高了電流及后續(xù)驅(qū)動(dòng)控制的準(zhǔn)確性。
22、2.本發(fā)明使用lc濾波器對(duì)逆變電路的輸出進(jìn)行處理，減小了電流紋波，同時(shí)反饋lc濾波器的電容電流給電壓后進(jìn)行電壓預(yù)測(cè)控制，在無(wú)差拍預(yù)測(cè)控制算法階段就避免了系統(tǒng)諧振的可能，進(jìn)而提高電流控制精度。
23、3.開關(guān)頻率達(dá)到200khz，高開關(guān)頻率顯著提高了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的帶寬，進(jìn)而提高了精度。
1.一種足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)控制方法包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于：采用無(wú)差拍預(yù)測(cè)控制進(jìn)行電壓預(yù)測(cè)控制。
3.如權(quán)利要求1所述的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于：使用200khz的開關(guān)頻率的開關(guān)模塊產(chǎn)生pwm，進(jìn)而得到第一電流。
4.如權(quán)利要求3所述的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于：采用lc濾波器對(duì)第一電流進(jìn)行濾波處理。
5.如權(quán)利要求4所述的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于：將lc濾波器的電容電流反饋給電壓后進(jìn)行電壓預(yù)測(cè)控制。
6.如權(quán)利要求1所述的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于：使用卡爾曼濾波算法將計(jì)算得到的推力與測(cè)量得到的推力進(jìn)行融合得到最終推力。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，其特征在于：使用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)；將系統(tǒng)狀態(tài)、外界擾動(dòng)與傳感器噪聲均視為集中擾動(dòng)。
8.一種足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括電機(jī)電氣參數(shù)在線辨識(shí)模塊、基于擾動(dòng)觀測(cè)的無(wú)差拍預(yù)測(cè)模塊及推力融合模塊；其中，
9.如權(quán)利要求8所述的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括lc濾波器，所述lc濾波器用于對(duì)第一電流進(jìn)行濾波處理。
10.如權(quán)利要求8所述的足式機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于：驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：