基于LuGre模型的航空光电稳定平台的摩擦力矩补偿

为降低摩擦对航空光电稳定平台视轴精度的影响,提出了一种基于LuGre模型的摩擦力补偿方法。首先,对某型光电稳定平台进行分析并建立模型;然后,参数辨识确定摩擦补偿模型;并通过仿真实验验证了摩擦模型的准确性;最后,将摩擦补偿模型应用到光电稳定平台上进行实验。实验结果表明,当平台以1°,1 Hz的正弦运动时,采用基于LuGre模型的摩擦补偿后,系统在低速时出现爬行现象明显减弱。在模拟飞行转台中以2.5 Hz以内任意频率正弦扰动的作用下,加入摩擦补偿后系统的扰动隔离度至少提高了10.99 dB,最优情况已经达到16.90 dB,满足高精度光电稳定平台的性能要求。     

修正黏性摩擦的LuGre模型的摩擦补偿

为提高高速条件下开放式伺服系统的动态性能,对传统LuGre摩擦模型的黏性摩擦进行了修正,并提出一种以修正模型为基础的摩擦前馈补偿方案.根据速度较高时,摩擦力矩随速度增加其增长趋势减缓的现象,建立了LuGre修正模型;分别对传统模型和修正模型进行参数辨识,利用2种辨识后的模型分别进行摩擦前馈补偿,分析其补偿效果.实验结果表明:修正模型对系统摩擦力矩的最大估计误差为0.0017N.m,优于传统模型的0.023N.m;与基于传统模型的摩擦补偿相比,基于修正模型的摩擦补偿时,系统稳态误差得到进一步的控制,加速运动时由±9μm降低到±5μm,正弦运动时由±12.5μm降低到±8μm.采用该补偿方案可有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响,提高伺服系统的跟踪性能.     

基于LuGre模型的电液伺服马达摩擦力矩补偿

针对大体积飞行器仿真试验时的重力偏载情况,设计并制造了一种仿真转台用中空式电液伺服马达。对影响其超低速跟踪性能的摩擦力矩进行了分析,建立了大摩擦力矩条件下的中空马达数学模型。设计了一种基于LuGre模型的自适应摩擦力矩补偿控制器。为验证该控制器的有效性,进行了不同输入下的数值仿真及试验研究。结果表明与传统的PID控制相比,基于LuGre模型的自适应摩擦力矩补偿控制能够更好地实现马达的低速性能。     

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.     

汽缸摩擦力特性实验研究

研究汽缸的摩擦力特性.采用出口节流调速的方法建立汽缸摩擦力测试实验台,该实验台可进行汽缸的静动摩擦力测试.测试了汽缸在不同供气压力、不同速度和两腔压差下的动摩擦力特性,建立了汽缸的摩擦力模型,此模型将为研究汽缸的爬行现象和汽缸的伺服控制提供有意义的参考.实验结果表明:空载下汽缸的动摩擦力和速度的拟合关系为二次曲线;汽缸的动摩擦力与两腔压差及压差的方向都有关系.     

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.     

波动载荷下弓网载流动态摩擦力模型

为对弓网载流摩擦力进行建模研究,通过实验研究摩擦力与压力波动频率、压力波动幅度、接触电流、滑动速度的关系,建立了摩擦力的LuGre静态模型,利用麦夸特法和通用全局优化法对模型中的静态参数进行辨识:在已建立的LuGre静态模型的基础上,通过引入动态参数,建立了摩擦力的LuGre动态模型,利用遗传算法结合Simulink仿...     

基于遗传算法的摩擦模型参数辨识

摘Tustin摩擦模型能够很好地描述零速附近的摩擦力,由于该模型为非线性模型,使得参数辨识非常困难。针对该模型提出了一种基于遗传算法的摩擦模型参数辨识方法,并通过仿真对辨识结果进行验证,结果表明该方法是有效的。     

气浮式低摩擦气缸的换向特性

为了研究气浮式低摩擦气缸在换向过程气浮轴承的工作状态,根据固定容腔的充放气理论并结合气浮轴承的泄漏模型对气缸的换向过程进行了建模.通过理论分析,提出以换向时间和压力损耗作为换向过程的特征量,并通过仿真研究了气缸的换向特性.结果表明,在单向阀的作用下活塞内腔在换向时具有保压作用,换向时间越短活塞内腔压力损耗越小.为进一步研究影响换向特性的其他因素,建立了可调容腔的换向测试试验台.实验结果证实了仿真所得出的结论,同时也表明这种带有单向阀的气浮轴承的设计能够实现平稳换向,不同容腔下的实验数据还能为确定气缸在应用场合中的最佳换向时机提供指导.     

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。     

Adaptive friction compensation for large diameter electro-hydraulic proportional valve cores based on LuGre

This paper presents an adaptive friction compensation method based on LuGre model for large diameter electric-hydraulic proportional valves in which the valve core contains friction.A mathematic model of the electric-hydraulic proportional valve is established,and the friction characteristics are described based on the LuGre model.The global asymptotic stability of the control system with the adaptive friction compensation controller is guaranteed over Lyapunov theorem.The adaptive compensation of the friction on LuGre friction model is verified by simulation and experiment.The steady-state error is about [-4.23 × 10~(-5)m,5.91 × 10~(-5)m]and[-2.5 × 10~(-4)m,2.6 ×10~(-4) m] on simulation and experiment,the position tracking accuracy is higher,and the lag time of the main valve through the dead zone is shorter.The result proves that the adaptive friction compensation method can effectively compensate for the negative effects of nonlinear friction.     

基于等截面摩擦管流和自由流阻力的气力输运计算模型

冰雹连续抛射装置中使用压缩空气输运冰雹颗粒,为研究冰雹抛射运动规律,通过建立对应的气力输运计算模型,研究了冰雹抛射速度规律,分析计算结果指导冰雹抛射装置设计。将压缩空气在系统中的流动简化为流体网络。针对等截面摩擦管流,其抛射压力一定即边界条件一定,应用Runge-Kutta法求解该初值问题,获取抛射管沿程的总压、静压等参数分布。使用颗粒自由流阻力模型对颗粒在抛射管内的受力进行分析,从而得到其运动过程及最终抛射速度。对影响抛射速度的关键因素进行分析,结果表明：随着抛射气源压力的增大,空气流量和抛射速度逐渐增大,抛射速度增长逐渐缓慢;随着抛射管长度的增大,空气流量逐渐减小,抛射速度先增大后保持不变;随着抛射管内径增大,空气流量指数型增长,抛射速度也在增大,但增长趋势逐渐缓慢。可见抛射管管径不宜太大,管长不宜太长,计算结果对试验装置设计具有指导意义。     

气动点触觉再现分析与实验研究

为研究模拟再现虚拟物体的几何形状、材质以及粗糙度等属性信息,提出基于单喷嘴喷气再现点触觉的方法,并建立手指皮肤和喷嘴的流固耦合有限元模型.将触摸小球时采用有限元模型的计算结果作为标准来分析气动喷嘴再现点触觉.提出有效触感宽度的概念,结合应变能密度及SS率等表征触觉的物理量分析了喷嘴直径、接触高度和入口压力对点触觉的影响.实验表明,分析结论与实验结果相符,为气动喷嘴设计提供了很好的参考依据.     

针翅套管传热元件阻力特性实验研究

针翅套管式强化传热元件是一种新开发的传热管,传热效果好.以润滑油与水作为实验介质,对多根针翅高度与节距不同的针翅套管进行单管实验.根据实验结果,分析了油侧通道中针翅高度、节距、针翅管管径等参数对针翅套管阻力的影响,总结了适用于针翅套管阻力计算的实验关联式.应用该实验关联式对其他不同参数的针翅套管进行阻力计算,计算结果与实验结果符合较好,证实了实验关联式的可靠性.     

水平管内积液特性的实验及理论预测模型

为保证水平井的高产优势,需准确预测水平井的积液排出条件及积液覆盖井壁范围。以空气和水为两相介质,利用矩形横截面管,对水平管积液特性进行了可视化两相流实验,获得了水平管内气相流动参数与管内积液间的关系,以及积液工况下气液两相界面剪切因子的大小。实验结果表明：水平管内积液稳定存在对应于一较大的管内气速范围,在该气速范围内,积液在管内的滞留长度或积液覆盖范围随气速的增大而减小;积液工况下水平管内界面剪切因子随管内气相雷诺数的增大略有升高,但变化不明显。同时,也对水平管积液特性的理论预测模型进行研究。基于积液液面倾斜机理分析和两相流动受力分析,建立了水平管积液特性理论预测模型的基础方程;进而通过包络原理使模型封闭,结合由实验结果获得的界面剪切因子及壁面剪切因子关联式,提出了能够用于工程应用的水平管积液特性理论预测模型。该模型的预测结果与实验结果相符良好,即可用于预测水平井积液排出的条件,也可用于判断井内积液覆盖井壁的范围。     

基于当地摩擦因数的绝热气动管道流量特性参数计算

在等截面直管绝热有壁面摩擦一雏可压缩管道流动模型的基础上,推导以管道进口截面速度因数为自变量的气动管道流量特性参数函数S/A(管道有效截面积与横截面积之比)和临界压力比b的基本表达式.采用基于当地摩擦因数求解管道平均摩擦因数的新方法,直接计算出总压为0.6 MPa、总温为300 K、长度为1～50m、内径为2.5～9 mm尼龙管的流量特性参数S和b,并与经验值进行了比较.S和b的理论计算值与经验曲线变化趋势相同,且计算值与经验值相吻合,表明新方法可以在相当程度上反映气动管道流量特性参数变化的物理本质.将新方法得到的有效截面积S的理论计算值下跌20％、临界压力比b的理论计算值上浮40％,即可作为同等条件下选用气动系统尼龙管的经验推荐值使用.     

微型管内摩擦特性的实验研究

以水、乙醇及四氯化碳作为工质,流过内径分别为0．168mm、0．399mm和0．799mm不锈钢管及内径分别为0.242mm、0．315mm和0．52mm石英玻璃管,测量其压降与流量,从而获得摩擦系数厂与雷诺数Re的关系．实验结果表明,当Re小于1200～1800时,除内径为0．168mm的不锈钢管外,其他微管内的与经典层流理论值几乎一致;而对于内径为0．168mm,相对粗糙度为8％～10％的不锈钢管,当Re超过800时,其值比经典理论值高10％～15％;当Re超过1800时,所有微管的厂值明显偏离经典层流理论值．