伺服系统的摩擦补偿

为了补偿摩擦的影响,提出了一个有效的基于观测器的补偿方案。摩擦会引起跟踪误差、自振荡以及滞-滑现象。摩擦的补偿离不了摩擦模型,对流行的LuGre模型和钳位型摩擦模型进行了对比分析。指出摩擦是一种自然现象,不可能用从速度v到摩擦力F的简单的单方向的信号流关系来完全描述。从这个意义上来说,LuGre模型并不是真正的摩擦模型,因此基于LuGre模型的观测器补偿方案并不是总能奏效的。提出基于扰动观测器的补偿方案,并进行了分析。因为带摩擦的系统的典型特性是滞-滑爬行和滞-滑自振荡,所以摩擦补偿的效果也就应该从这些非线性特性上来进行考察。分析表明,这种基于扰动观测器的补偿对自振荡有很强的抑制作用,并可消除低速下的爬行现象。     

基于摩擦补偿的直流伺服系统变增益自抗扰控制器

针对摩擦非线性影响直流伺服系统控制性能的问题，提出了一种基于LuGre模型的变增益自抗扰控制（VGADRC）方法。建立了含LuGre模型的直流伺服系统微分方程模型。基于该模型设计摩擦补偿与自抗扰控制(ADRC)相结合的复合控制器。该控制器在不增大观测器增益的前提下，利用LuGre模型前馈补偿系统中的摩擦非线性，同时减小量测噪声对系统的影响。此外，为抑制传统线性扩张状态观测器（LESO）初始时刻引起的峰值问题，采用三阶变增益线性扩张状态观测器(VGLESO)对系统中的总扰动进行估计。最后仿真结果表明，采用所提控制方案能有效提高系统的低速跟踪性能和动态性能。     

机电伺服系统非线性摩擦自适应补偿的研究

非线性摩擦是影响机电伺服系统控制性能的主要因素,尤其是在低速、速度换向等情况下,它往往会造成系统的跟踪误差、极限环等不良反应。在分析摩擦形成机理与特性的基础上,介绍了LuGre摩擦模型,通过李雅普诺夫稳定性分析方法,设计了基于LuGre模型的非线性摩擦自适应补偿算法,在线辨识出摩擦模型参数,构造一个双闭环状态观测器来估计摩擦状态变量,降低了由于非线性摩擦给机电伺服系统带来的不良影响。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。     

基于状态观测器的直流伺服系统摩擦补偿

针对直流伺服系统中非线性摩擦干扰问题,提出了一种基于状态观测器的滑模变结构控制补偿方法,并给出了稳定性证明.对动态摩擦模型中的不可测状态变量设计了一闭环状态观测器,对动态摩擦力矩进行实时估计.在此基础上,对滑模变结构控制器增益通过RBF(Radial Basis Function)网络进行自适应控制,削弱系统抖振.仿真结果表明滑模-RBF网络控制可对非线性摩擦干扰进行有效的补偿,系统的动态、静态性能得到改善.     

基于摩擦观测器的直接驱动XY平台轮廓控制器设计

针对高精度直线电机驱动XY平台轮廓控制系统,将摩擦补偿与轮廓控制相结合,提高系统轮廓精度。设计基于LuGre模型的状态观测器及摩擦估计器以消除摩擦非线性对系统的影响,采用适于一般自由曲线轮廓控制的实时轮廓误差法建立系统轮廓误差模型与切向误差模型,结合观测状态,设计基于摩擦补偿的轮廓控制器。理论的分析和仿真结果表明,所设计控制系统能够提高XY平台的轮廓精度。     

基于速度观测器的GMS摩擦模型辨识与补偿

摩擦是伺服系统在低速运动时精度降低的主要非线性因素之一。采用基于模型的摩擦补偿可以有效地预测摩擦力,并实现误差补偿,因此利用可全面描述系统摩擦力的GMS摩擦模型预测伺服系统的摩擦力。为提高此模型参数的辨识精度,设计了全维速度观测器提供反馈速度信息,克服低速时速度测量误差带来的影响;并基于此观测器,给出了GMS摩擦模型的参数辨识的实验方法。为验证所提出的摩擦补偿及辨识方法的有效性,在一新型的空间大型末端执行器的拖动系统进行了拖动实验。实验结果表明,通过此摩擦模型补偿,可使拖动系统的位置跟踪精度优于0.02 mm,与具有固定参数的Stribeck摩擦模型相比,位置跟踪精度提高超过30%。     

基于摩擦补偿的伺服转台自抗扰控制策略研究

摩擦非线性扰动是影响伺服跟踪系统控制性能的主要因素之一。为提高转台伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于Elastoplastic摩擦模型的改进自抗扰控制方法。首先,建立了转台伺服系统的状态空间模型;其次,采用Elastoplastic摩擦模型描述系统中的非线性摩擦扰动,并用遗传算法辨识了模型参数;最后,基于辨识获得的Elastoplastic摩擦模型,将位置误差和速度误差作为不同的参数分别应用到扩张状态观测器,设计了一种改进型自抗扰控制器。未引入摩擦补偿时的速度跟踪误差平均值约为0.0024 rad/s,而加入补偿后的速度跟踪误差平均值减少为0.00147 rad/s。仿真和实验结果表明,本文提出的控制方案能够提高转台伺服系统的跟踪性能,验证了所提出控制方法的有效性和鲁棒性。     

基于IFO-KΔx的非线性状态反馈控制系统的几个设计概念

采用Hammerstein模型描述非线性系统时,可以应用增量式函数观测器IFO-K△x设计状态反馈控制系统,数学分析已证明,在不同的前提条件下,Luenberger函数观测器、全维状念观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。该文从基于增量式函数观测器的状态反馈控制律作用下的非线性受控系统的闭环系统入手,导出几个重要概念,从而证明基于Hammerstein模型的非线性系统,应用增量式函数观测器设计状态反馈控制系统时,其控制器和观测 器可以独立地设计,即分离原理适用于该文所述之非线性控制系统,为IFO-K△x在热控领域的工程应用奠定理论基础。     

基于IFO-K△X的非线性状态反馈控制系统的几个设计概念

摘要：采用Hammerstein模型描述非线性系统时，可以应用增量式函数观测器IFO-K△x设计状态反馈控制系统，数学分析已证明，在不同的前提条件下，Luenberger函数观测器、全维状态观测器和增量式状态观测器均为增量式函数观测器的特例。该文从基于增量式函数观测器的状态反馈控制律作用下的非线性受控系统的闭环系统入手，导出几个重要概念，从而证明基于Hammerstein模型的非线性系统，应用增量式函数观测器设计状态反馈控制系统时，其控制器和观测器可以独立地设计，即分离原理适用于该文所述之非线性控制系统，为IFO-K△x在热控领域的工程应用奠定理论基础。     

一类刚性负载双轴伺服系统的非线性观测器控制设计策略

提出了一种基于非线性观测器的命令滤波自适应反步控制（OCFABC）方法,以解决具有 LuGre 摩擦模型的双轴伺服系统中的位置跟踪和速度同步问题。观测器用于系统摩擦补偿。命令滤波器作用于虚拟控制信号,解决反步法中的计算爆炸问题,建立误差补偿方程,提高跟踪精度。此外,还设计了速度同步信号,以达到更好的系统同步效果。利用Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。最后,通过仿真和试验结果证明了所设计方法的有效性和优越性。     

基于摩擦前馈的航空相机像移补偿复合控制

为减小位角控制系统中电机的摩擦非线性特性对航空相机位角控制系统像移补偿控制效果的影响,研究基于摩擦前馈的复合控制方法,实现对摩擦干扰的有效抑制。首先,分析并选用了简化的带有摩擦扰动环节的系统数学模型,选择LuGre摩擦模型描述为摩擦行为。然后,通过参数辨识的方法获得擦模型参数,在系统力矩综合点处根据力矩平衡原理设计摩擦前馈补偿通道的调节器。最后,应用该方法设计了带有摩擦前馈补偿的航空相机像移补偿复合控制器。实验结果表明:与先进PID方法进行比较,该方法改善了摩擦非线性对系统动态响应过程和速度平稳性的影响,稳态调整时间提高了34%,稳态精度提高了24%左右。     

一种自适应摩擦补偿方法研究

首先针对非线性摩擦对伺服系统建模的影响问题,通过适当的实验设计,得到了一组标称非线性摩擦模型以及系统模型参数。在此基础上,考虑到运行条件以及环境的变化,综合了基于模型参考自适应控制的摩擦补偿控制器。最后,对上述方法进行仿真研究,结果表明,利用该控制器提高了系统的控制性能。     

基于模糊神经网络的自动冲床送料系统摩擦力自适应控制研究

在分析摩擦力非线性特性的基础上,讨论了摩擦力的模型及其对伺服系统的影响.针对变压器专用绝缘条形材料自动冲床的摩擦驱动系统建立了一种基于模糊神经网络PID的控制系统,并通过实验研究将其与常规PID控制系统相比较,实验结果证明,该方法能有效改善系统的动、静态性能,很适合用于对不确定对象的控制.     

GMDH‐based autonomous modeling and compensation for nonlinear friction in a table drive system

This paper presents a novel mathematical model‐based compensation algorithm for the nonlinear friction in table drive systems using Group Method of Data Handling (GMDH). In the proposed compensation, the nonlinear friction can be autonomously modeled as a polynomial expression of appropriate control state variables according to the process of GMDH and, as a result, the complicated structural modeling and its parameterization, indispensable in conventional model‐based strategies, can be completely eliminated. In addition, since the proposed GMDH‐based model can easily achieve the generalization ability for table drive condition, the robust compensation for friction can be attained against the change of drive conditions. The proposed algorithm has been verified by experiments using a table drive system of actual machine tools and proved the significant performance improvement in the trajectory control with velocity reversal motion. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(3): 58–66, 2001     

基于多采样率控制的伺服系统摩擦补偿研究

摩擦是造成伺服系统在低速、速度换向等条件下精度严重下降的强非线性因素之一。采用基于模型的摩擦补偿可以有效地预测摩擦力,并实现误差补偿。在高速、高加速度的条件下,换向时摩擦变化剧烈,且过渡时间较短,采用单采样率控制补偿器结构很难实现较好的补偿效果,因此提出一种基于多采样率的摩擦补偿器结构。该补偿器利用伺服系统多环、多采样率的结构特点和指令轨迹细化方法,在不改变系统控制器结构和稳定性的条件下,通过分离前馈补偿器和反馈控制器的采样周期,以实现更为精细的前馈摩擦补偿量计算。实验结果表明,多采样率摩擦补偿器结构能够充分利用伺服控制器的结构特点和摩擦模型的预测结果,而且避免了复杂控制器的设计过程,取得了更有效的摩擦误差补偿效果。     

高精度永磁直线同步电动机伺服系统鲁棒位置控制器的设计

详细地介绍了高精度,微进给永磁直线交流同步电动机（ＰＭＬＳＭ）驱动系统鲁棒位置控制器的设计,首先,在空载情况下,由静态实验获得非线性摩擦系数模型,通过前馈磨擦补偿器补偿非线性摩擦,其次,由递推最小二乘估计器ＲＬＳ和负载扰动力观测器构成的估计器,估计动子质量,粘滞摩擦系数我载扰动力,设计积分一比例ＩＰ位置控制器以满足跟踪指令和抑制扰动,将观测的负载扰动力前馈,进一步增强系统的鲁棒性。     

基于模型参考自适应滑模控制的直线电机速度环研究

为了获得直线电机较高的跟踪和鲁棒性能，在库仑摩擦模型补偿控制基础上，同时考虑动子质量、粘滞摩擦系数的时变性，提出了基于模型参考自适应滑模控制的直线电机速度环控制方案，将模型补偿、自适应补偿尚未能完全补偿的部分当作外界干扰，由滑模控制加以克服。仿真结果表明，该方案可以获得较高的速度跟踪性能和鲁棒性能，并且由于自适应控制的应用，减小了滑模控制引起的抖振。     

超声波电动机摩擦和磨损特性探究

超声波电动机是以摩擦力作为驱动源的新型电动机。超声波电动机的摩擦必定会产生明显的非线性特征。从力学的角度分析产生非线性的原因：一是定子与转子之间基于摩擦的非线性接触，使得电机系统具有跳跃、滞后等特性；二是温度、磨损等导致电机材料特性和电机输出特性的变化。只有提高超声波电动机的线性度和稳定性，提高它的输出功率，延长其使用寿命，才能使它具有更卓越的特性和更广泛的应用。     

伺服系统在摩擦条件下的模拟复合正交神经网络控制

在数字复合正交神经网络的基础上提出一种模拟复合正交神经网络,并用于非线性伺服系统控制中.在带有非线性摩擦力矩的直流电机飞行模拟转台伺服系统中,控制系统是基于PD控制加神经网络前馈控制的并行控制方法,使用神经网络是用来消除非线性摩擦力矩的影响.通过数字复合正交神经网络的连续化算法处理获得了一种模拟复合正交神经网络,并作为前馈控制器.用并行控制与单一的PD控制对带有非线性摩擦力矩的直流电机伺服控制作了仿真研究.仿真结果表明复合控制比单一的PD控制具有实时性好、响应速度快、跟踪精度高,位置与速度跟踪控制获得了满意的效果.该模拟神经控制器能用于不确定对象的控制,为不确定系统控制提供了一种新的途径.