一种新的重复自适应摩擦补偿方法及其在高精度伺服系统中的应用

针对高精度转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦及周期性波动力矩扰动,为提高转台位置的跟踪精度,提出了一种新的重复自适应摩擦补偿方法,将重复控制机制引入到基于自适应控制的摩擦补偿策略中.电机中摩擦模型采用摩擦参数非一致性变化的LuGre动态模型.该方法的控制律包含一个参数自适应律、等效PD控制律和一个重复控制律.其中,参数自适应律用来估计未知模型参数并予以补偿,而插入的重复控制器用来提高系统运动曲线的跟踪性能.Lyapunov方法证明该补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐近跟踪.最后,通过对高精度伺服系统的仿真研究证明了该改进补偿方法的有效性.     

基于LuGre模型的火炮伺服系统摩擦力矩自适应补偿

针对高精度火炮交流伺服系统中存在的非线性动态摩擦和电机力矩波动,为了提高火炮伺服系统的跟踪精度,提出了一种新的基于LuGre摩擦力矩模型的自适应补偿算法。该算法应用两个非线性观测器来估计摩擦模型中的未知状态变量,对系统参数进行自适应估计,采用Lyapunov方法证明了控制系统的全局渐进稳定性。该算法简单,适于实时控制。实验结果表明了该算法的合理性,火炮伺服系统的低速跟踪最大误差为50μrad,达到了指标要求。     

基于LuGre模型的摩擦力补偿的研究

针对直流伺服系统中非线性摩擦的影响,提出了一种基于LuGre模型的摩擦补偿。采用观测器对LuGre模型中不可测状态z进行估计,提出的自适应律能够很好的补偿摩擦对伺服系统低速性能的影响,并用Lyapunov方法验证了该自适应律能够保证系统的稳定性和对期望信号的渐进跟踪,最后用matlab对系统进行了仿真,证明了该方法的有效性。     

基于改进LuGre摩擦模型的机器人关节模糊自适应反步控制

为实现机器人关节在非线性摩擦和外界未知干扰力矩等因素影响下的精确和稳定控制,通过改进LuGre摩擦模型来描述系统的非线性摩擦特性,采用自适应算法进行摩擦补偿来逼近摩擦力的变化,并采用模糊神经网络逼近外界未知干扰力矩对系统的影响.引入正切障碍李雅普诺夫（Lyapunov）函数对输出信号进行约束,使误差被限制在给定范围之内.利用双曲正弦函数跟踪微分器解决了虚拟输入微分引起的“微分爆炸”和一阶滤波器精度差问题,将自适应控制方法与反步控制理论相结合,提出了一种带摩擦补偿的模糊自适应反步控制方法.利用Lyapunov判据证明了闭环系统的所有误差最终一致有界,并通过仿真得出本文所提出的控制方法相比于传统PID与神经网络动态面控制（Radial Basis Function Dynamic Surface Control,RBFDSC）,位置跟踪误差分别提高了近7.5%和3%;当LuGre模型参数变化时,自适应算法也可以精确对摩擦力进行跟踪补偿,从而验证了本文所提出的控制策略的有效性和鲁棒性.     

模糊逻辑及神经网络动态摩擦和死区补偿的机器人滑模变控制

针对机器人中存在非线性不确性项LuGre动态摩擦和非对称死区的问题,提出采用模糊RBF神经网络及模糊逻辑分别对动态摩擦及死区进行补偿,且实时、自适应训练非线性动态摩擦项及非对称死区项的参数,实现对实际机器人系统准确再现的滑模变鲁棒控制算法,并论证了该算法的Lyapunov稳定性。通过在2自由度机器人上的仿真,证明该算法提高了机器人轨迹跟踪精度、控制力矩及摩擦力矩两者的稳定性。同时发现了该机器人控制力矩的脉冲式补偿误差、摩擦模型中存在类菱形吸引子、缺乏死区补偿将导致控制系统极限环振荡等非线性动力学现象,以及死区逆模型中ε的估计对系统的精度有决定性作用。     

谐波驱动系统自适应神经网络动态面控制

针对谐波驱动系统动力学模型中存在的非线性摩擦、柔性变形和外界未知干扰力矩等因素的问题,为了提高系统的位置跟踪精度,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的谐波驱动系统自适应动态面控制.采用LuGre摩擦模型描述系统的非线性摩擦特性,用RBF神经网络在线逼近摩擦参数变化和外界未知干扰力矩对系统的影响,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的所有误差最终一致有界.仿真结果表明:与普通动态面控制相比,本控制策略对摩擦参数变化和外界未知干扰力矩具有较强的鲁棒性,提高了系统的位置跟踪精度.     

带摩擦补偿的滚珠丝杠副进给系统自适应滑模控制

为了提高滚珠丝杠副进给系统的跟踪性能,采用了带摩擦补偿的自适应滑模控制方法.基于滚珠丝杠副进给系统轴向振动特性建立了两自由度的质量模型,根据模型的状态方程设计了系统的反演滑模控制器,考虑到外界干扰的影响设计了带自适应律的自适应滑模控制器.采用基于Stribeck摩擦模型的摩擦补偿方法和遗传算法对滚珠丝杠副进给实验台的Stribeck摩擦模型进行了参数辨识.采用建立的控制方法在实验台上进行了轨迹跟踪实验.实验结果表明:在没有使用摩擦补偿情况下自适应滑模控制器最大跟踪误差为31.85μm;使用带摩擦补偿的自适应滑模控制器,其最大跟踪误差减小为15.55μm.实验结果证明了针对滚珠丝杠副进给系统轴向振动特性模型设计的自适应滑模控制器具有较高的跟踪性能,并且采用带摩擦补偿的自适应滑模控制方法显著提高了滚珠丝杠进给系统的跟踪精度.     

机电伺服系统摩擦补偿的自适应滑模控制

为补偿影响机电伺服系统性能的非线性摩擦,提出一种以LuGre摩擦模型为基础的、能实现PID滑模面参数在线估计的滑模自适应控制器。采用李亚普诺夫函数证明系统的稳定性。仿真实验结果表明系统具有良好的跟踪性能。     

基于LuGre模型的飞机制动系统滑模控制

针对飞机防滑刹车控制系统中存在的非线性和不确定性,为了提高飞机防滑刹车系统的制动效率,提出了一种基于LuGre摩擦模型的飞机防滑刹车滑模控制方法.设计非线性观测器对摩擦模型中的未知状态变量进行识别,对系统参数进行自适应估计,采用李雅普诺夫方法验证其渐近稳定性.仿真结果表明:该滑模控制方法具有较强的鲁棒性,制动效率高,改善了传统控制方法的低速段机轮深度打滑现象,刹车效率达90％以上,刹车时间26.5s,制动距离949 m.     

一种精密转台系统自适应摩擦补偿方法

为克服精密转台系统中存在的非线性动态摩擦力,提高转台摇摆工作状态下的位置跟踪精度,提出了一种新的基于Lugre动态摩擦模型的自适应摩擦补偿方法.该方法利用非线性观测器/滤波器结构来补偿转台系统中摩擦参数的不确定性,通过引入双非线性滤波器并调节滤波器增益,能够提高系统的位置跟踪性能.文中采用基于Lyapunov的方法证明了整个闭环系统的渐近稳定性,并通过仿真证明了所提出方法的有效性.     

基于粒子群算法的火炮伺服系统摩擦参数辨识

针对火炮交流伺服系统中存在的非线性动态摩擦,为了提高火炮伺服系统的跟踪精度,提出了一种基于粒子群的LuGre摩擦参数两步辨识方法。利用Stribeck曲线辨识了4个静态参数,利用滞滑极限辨识了2个动态参数,完成了摩擦力矩的动态补偿。实验结果表明了该算法的合理性,火炮伺服系统的正弦跟踪最大误差为1.25 mrad,精度完全达到了军标要求。     

Friction compensation design based on state observer and adaptive law for high-accuracy positioning system

Friction is one of the main factors that affect the positioning accuracy of motion system. Friction compensation based on friction model is usually adopted to eliminate the nonlinear effect of friction. This paper presents a proportional-plus-derivative (PD) feedback controller with a friction compensator based on LuGre friction model. We also design a state observer to observe the unknown state of LuGre friction model, and adopt a parameter adaptive law and off-line approximation to estimate the parameters of LuGre friction model. Comparative experiments are carried out among our proposed controller, PD controller with friction compensation based on classical friction model, and PD controller without friction compensation. Experimental results demonstrate that our proposed controller can achieve better performance, especially higher positioning accuracy.     

基于滑模控制的数控机床伺服系统的摩擦补偿

以数控机床伺服系统为研究对象,对其建立了数学模型,并结合Lu Gre摩擦模型,设计了参数在线估计的PID滑模面自适应控制器.并采用李亚普诺夫函数证明系统的渐进稳定性.最后通过系统的MATLAB仿真及物理实验进一步证明了系统具有良好的跟踪性能.     

基于模拟退火布谷鸟算法的直流伺服系统静态摩擦参数辨识

针对非线性摩擦对直流伺服系统性能的影响,提出一种基于模拟退火布谷鸟算法提高摩擦参数辨识精度的方法。采用LuGre摩擦模型建立伺服系统静摩擦参数与力矩的关系表达式,并分析其稳态特性,以此构建参数辨识的目标函数。引入模拟退火中的Boltzmann选择机制,结合迭代全局最优值对布谷鸟算法发现概率的自适应性进行了增强,以改善算法的寻优效果,通过分析比较得知改进算法的时间复杂度与原算法一致。在相同摩擦参数设置下,改进布谷鸟算法的辨识精度优于传统方法,利用其辨识结果补偿伺服系统运行的非线性摩擦力矩,得到了良好的控制效果。实验结果表明,该方法可以使摩擦参数的辨识适应度值提高2~3个数量级,有效改善了系统的控制性能。     

基于胎面侧向振动的轮胎多边形磨损机理分析

考虑轮胎接地磨擦的非线性特性,采用动态LuGre摩擦模型,建立基于胎面侧向振动的轮胎多边形动力学模型,并对系统的稳定性进行了分析,指出轮胎的自激振动是一种由系统Hopf分岔引起的稳定周期振动现象.研究表明轮胎多边形磨损是一种典型的非线性自激振动现象,其发生与胎面的侧向振动有关,轮胎多边形磨损的边数近似等于胎面的侧向振动频率与车轮转动频率之比,并通过仿真得到了能够引起胎面自激振动的车速和轮胎前束角范围.结果表明所建模型能够很好地解释轮胎多边形磨损的形成机理,为减小或消除轮胎的自激振动提供了理论依据.     

Application of linear active disturbance rejection control for photoelectric tracking system

Dynamic characteristics and tracking precision are studied in the photoelectric tracking system and a linear active disturbance rejection control( LADRC) scheme is proposed for position loop. A current and speed controller is designed by a transfer function model,which is obtained by adaptive differential evolution. Model error,friction and nonlinear factor existing in position loop are treated as ‘disturbance',which is estimated and compensated by generalized proportional integral( GPI)observer. Comparative results are provided to demonstrate the remarkable performance of the proposed method. It turns out that the proposed scheme is successful and has superior features,such as quick dynamic response,low overshoot and high tracking precision. Furthermore,with the proposed method,friction is suppressed effectively.     

大摩擦力矩下电液伺服系统高精度控制与实验分析

为了实现大摩擦力矩中空液压马达系统高精度跟踪控制,提出了一种基于滑模状态观测器的变结构控制策略,分析了滑模变结构控制规律和滑模状态观测器的理论与实现方法,采用LuGre动态摩擦模型和滑模观测器实现了非线性摩擦力矩的动态补偿.实验结果表明：在超低速、大摩擦力矩存在的情况下,所提出的控制策略实现了非线性电液伺服系统的高精度轨迹跟踪控制.     

刹车系统摩擦自激振动的数值研究

建立了刹车系统的三自由度动力学方程,采用LuGre模型计算摩擦块、盘之间的摩擦力。通过数值模拟,揭示非内共振摩擦块的复杂动力学行为。研究表明,随着摩擦盘速度减小,切向静平衡状态失稳,依次出现完全滑动和非完全黏滞-滑动的干摩擦自激振动现象。当黏性摩擦系数非常大时,会导致带有非完全黏滞特征的混沌运动。扭转运动的非完全黏滞自激振动中,包含了速度快速抖动现象;而切向和扭转运动是导致低、高频噪声的原因。