传动间隙对微纳运动系统的影响及补偿方法

1.传动间隙对微纳运动系统的影响

宏微复合微纳运动系统的宏动部分，由于存在诸如滚珠丝杠螺母副等传动环节，因此不可避免地存在传动间隙，而且在传动过程中因变形及摩擦磨损的存在，间隙在不断变化。间隙非线性不仅会增大系统的静差，而且会使系统在单位阶跃信号作用下过渡过程时间加长，振荡次数增多，甚至产生不衰减的自振荡，出现所谓的极限环。这将使系统无法稳定在一个固定的位置而不停地振荡，很难实现对目标的精确跟踪。目前，消除传动间隙不利影响的方式除了提高传动部件的制造、安装精度，以及施加预紧力或合理设计结构等机械消隙方法外，还可以对传动间隙进行软件补偿。国内外研究人员在传动间隙补偿方法上进行了大量的研究。

2.间隙的补偿算法

1）直接补偿算法

本方法通过检测传动间隙前后的实际位置来实时计算间隙大小，进而实现对间隙的直接补偿。直接补偿算法实际上就是用理想的不含间隙的负载轴位置作为主反馈信号。这是因为直接补偿算法实质上是通过补偿将间隙特性转移到闭环之外，故传动间隙就成了系统误差。鉴于传动间隙可以实时检测，为减少系统误差，在直接补偿的基础上可以进行精度补偿，即将瞬时得到的间隙值补偿到控制量中以进一步减小静差，提高定位精度。(www.xing528.com)

2）神经网络非线性补偿算法

直接补偿算法只能应用于输出可测系统。对于某些伺服系统，例如坦克跟踪伺服系统，系统输出不直接可得。此时，直接补偿算法就无能为力了。为此，有学者采用BP神经网络模型首先对间隙特性进行离线辨识，然后利用辨识的结果设计补偿器进行间隙非线性补偿。

3）换向补偿算法

一般来说，间隙是在系统负载轴换向时出现的，故考虑在负载轴换向时进行适当常值补偿。这里的换向补偿，不同于常规数控系统中的换向补偿，常规数控系统中的换向补偿是指给定信号的换向是已知的，要求进给系统无超调才能正确补偿，而伺服系统中的给定信号是随机的，且控制过程因可能存在的超调而不易补偿。为此，应利用检测到的间隙前状态和位置来预测负载轴是否要换向，从而决定是否补偿和如何补偿。该方法不但能消除极限环，而且相比之下简单易行，效果最好。