開放式伺服系統(tǒng)的摩擦建模與補(bǔ)償研究.pdf

1、在伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中,由于非線性摩擦環(huán)節(jié)的存在,系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能受到很大影響。隨著科技的不斷發(fā)展,對伺服系統(tǒng)性能要求越來越高,而摩擦環(huán)節(jié)嚴(yán)重制約了伺服系統(tǒng)的發(fā)展,因此摩擦補(bǔ)償技術(shù)已成為高性能伺服控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),對該技術(shù)的研究具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。本文針對伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的摩擦環(huán)節(jié),采用理論建模、仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,從LuGre摩擦模型的辨識(shí)、修正和控制策略的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了深入研究。
　　 首先,建

2、立了開放式伺服系統(tǒng)各組成部分的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上建立了基于Simulink伺服系統(tǒng)仿真平臺(tái)?；谠摲抡嫫脚_(tái)對LuGre摩擦模型的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了深入研究,分析了Stribeck模型與LuGre模型的區(qū)別與內(nèi)在聯(lián)系。此外,還通過該仿真平臺(tái)完成了對摩擦參數(shù)的辨識(shí)方法和摩擦補(bǔ)償方法的可行性和有效性驗(yàn)證。
　　 其次,完成了LuGre摩擦模型的參數(shù)辨識(shí)與模型的修正。對伺服系統(tǒng)進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩紋波補(bǔ)償,消除了轉(zhuǎn)矩紋波對辨識(shí)摩擦參數(shù)產(chǎn)生的不利影響

3、；基于穩(wěn)態(tài)誤差反推摩擦力矩的方法,通過多組勻速運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)提取速度與摩擦力矩的對應(yīng)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了對LuGre模型靜態(tài)摩擦參數(shù)的精確辨識(shí)；提出了一種基于簡化摩擦模型的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的辨識(shí)方法,完成對轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的精確辨識(shí),進(jìn)而為LuGre摩擦模型動(dòng)態(tài)參數(shù)的辨識(shí)提供條件；利用遺傳算法實(shí)現(xiàn)了對LuGre摩擦模型動(dòng)態(tài)參數(shù)的精確辨識(shí)；提出了一種LuGre摩擦模型的修正方法,解決了粘性摩擦系數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題,修正后的摩擦模型能更完全、精確地反映伺服系統(tǒng)的

4、摩擦特性,具有更高的實(shí)用價(jià)值。
　　 最后,對摩擦補(bǔ)償?shù)目刂撇呗赃M(jìn)行了研究。根據(jù)LuGre修正摩擦模型的參數(shù)辨識(shí)結(jié)果,提出了采用轉(zhuǎn)矩紋波補(bǔ)償+速度加速度前饋補(bǔ)償+LuGre修正模型的摩擦前饋補(bǔ)償?shù)目刂品椒?改善了伺服系統(tǒng)的跟蹤性能?？紤]到摩擦模型參數(shù)會(huì)隨外界環(huán)境變化而改變,本文還提出了一種基于Backstepping設(shè)計(jì)的自適應(yīng)摩擦補(bǔ)償方法,保證了閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性,并能有效地克服非線性摩擦的影響,提高了伺服控制系統(tǒng)的跟蹤精度