開放式伺服系統(tǒng)的摩擦建模與補償研究.pdf

1、在伺服運動控制系統(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)嚴重制約了伺服系統(tǒng)的發(fā)展,因此摩擦補償技術已成為高性能伺服控制系統(tǒng)的關鍵技術,對該技術的研究具有重要的理論意義和廣泛的應用前景。本文針對伺服運動控制系統(tǒng)中的摩擦環(huán)節(jié),采用理論建模、仿真分析和實驗研究相結合的方法,從LuGre摩擦模型的辨識、修正和控制策略的設計方面進行了深入研究。
　　 首先,建

2、立了開放式伺服系統(tǒng)各組成部分的數學模型,在此基礎上建立了基于Simulink伺服系統(tǒng)仿真平臺?；谠摲抡嫫脚_對LuGre摩擦模型的動態(tài)特性進行了深入研究,分析了Stribeck模型與LuGre模型的區(qū)別與內在聯(lián)系。此外,還通過該仿真平臺完成了對摩擦參數的辨識方法和摩擦補償方法的可行性和有效性驗證。
　　 其次,完成了LuGre摩擦模型的參數辨識與模型的修正。對伺服系統(tǒng)進行了轉矩紋波補償,消除了轉矩紋波對辨識摩擦參數產生的不利影響

3、；基于穩(wěn)態(tài)誤差反推摩擦力矩的方法,通過多組勻速運動的實驗提取速度與摩擦力矩的對應關系,實現(xiàn)了對LuGre模型靜態(tài)摩擦參數的精確辨識；提出了一種基于簡化摩擦模型的轉動慣量的辨識方法,完成對轉動慣量的精確辨識,進而為LuGre摩擦模型動態(tài)參數的辨識提供條件；利用遺傳算法實現(xiàn)了對LuGre摩擦模型動態(tài)參數的精確辨識；提出了一種LuGre摩擦模型的修正方法,解決了粘性摩擦系數在實際應用中存在的問題,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,具有更高的實用價值。
　　 最后,對摩擦補償的控制策略進行了研究。根據LuGre修正摩擦模型的參數辨識結果,提出了采用轉矩紋波補償+速度加速度前饋補償+LuGre修正模型的摩擦前饋補償的控制方法,改善了伺服系統(tǒng)的跟蹤性能?？紤]到摩擦模型參數會隨外界環(huán)境變化而改變,本文還提出了一種基于Backstepping設計的自適應摩擦補償方法,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