直驱进给系统摩擦力特性的辨识研究

文章重点研究直驱进给伺服系统的摩擦力特性辨识问题。着重介绍了摩擦力的非线性特性,给出了其模型,定性分析其对系统的不利影响。同时,指出了在低速和高速进给时的负载力和速度对系统非线性摩檫力的作用。文章针对摩擦力非线性辨识问题,采用Var Der Pol方程求解方法进行相关分析与辨识,分析了摩擦力非线性特性的特点,给出了其非线性判据。摩擦力对系统非线性作用,主要体现在低速段,它使系统出现自激振动从而导致系统出现爬行现象,系统陷入失稳状态。负载力在高速段,对系统摩擦力的影响比较明显。通过试验,验证了摩擦力非线性特性辨识的合理性和正确性,摩擦力受速度和负载力的影响较为明显。     

基于改进差分进化算法的伺服驱动系统摩擦参数辨识研究

非线性摩擦力是影响伺服驱动系统定位精度的主要因素之一,摩擦补偿技术可以有效抑制摩擦力对伺服驱动系统的影响。Stribeck摩擦模型作为一种常用的摩擦模型,能够比较精确的描述系统摩擦力的特性,其精确程度与摩擦参数的准确度密切相关,所以辨识摩擦参数的方法至关重要。论文以常规伺服驱动系统为研究对象,提出了一种基于改进差分进化算法的摩擦辨识方法,并与常规差分进化算法和遗传算法进行了仿真对比。辨识结果表明,基于改进差分进化算法的摩擦参数辨识方法辨识速度更快,精确度更高。     

基于改进遗传算法的LuGre摩擦模型参数辨识及补偿

针对非线性摩擦力对精密Z轴伺服装配臂的动静态性能的影响,基于Lu Gre摩擦模型,提出了一种改进遗传算法对LuGre摩擦模型参数进行辨识,实现了由"分步辨识"到"一步辨识"的转变,并将辨识结果陷入局部最优的概率从0. 3左右降低到了0. 1以下,高效地获取了全局最优辨识结果,辨识误差也从10%左右降低到了3%以内,提高了辨识精度;同时,在Z轴伺服装配臂系统下对LuGre摩擦力设计了前馈补偿器进行补偿,仿真实验表明,基于LuGre摩擦模型的前馈补偿可有效消除非线性摩擦力对精密伺服系统的影响,从而提高精密Z轴伺服装配臂系统的动静态性能。     

考虑多因素影响的进给系统等效惯量辨识方法

为准确辨识进给系统等效惯量值,提出一种考虑电流环滞后及Stribeck摩擦影响的进给系统等效惯量离线辨识方法。首先建立考虑电流环滞后及Stribeck摩擦力影响的伺服进给系统离散模型。而后根据所建模型构造适应度函数,将参数辨识问题转化为参数优化问题。最后,基于差分进化算法求解该优化问题,获得进给系统等效惯量值。所提方法的有效性通过实验及仿真进行了验证。结果显示,与现有仅考虑库仑摩擦力的辨识方法相比,本文方法在不同幅值辨识指令下惯量辨识结果差异更小,惯量辨识结果更加准确。     

基于改进LuGre摩擦模型的机器人关节摩擦力辨识研究

机器人在精准装配时，摩擦力影响着控制精度。利用LuGre摩擦模型进行关节力矩计算时，机器人关节摩擦力具有周期性纹波误差。针对此问题提出一种改进的LuGre摩擦模型，包括LuGre摩擦模型表示的稳态摩擦力，以及与速度相关的位置依赖项。对摩擦模型进行分步辨识，利用LuGre摩擦模型的特征，对稳态摩擦力参数进行辨识，通过SVM多类分类算法、支持向量回归（SVR）和最小二乘法求解方程组，对模型中的位置依赖项进行参数辨识。实验结果表明，机器人在不同负载下运行，使用改进模型及辨识方法计算关节摩擦力矩时，误差可以降低50%以上。     

飞机舵机电动伺服系统的摩擦补偿控制策略北大核心

为了解决非线性摩擦力导致飞机舵机电动伺服系统的控制性能降低这一问题,提出了一种基于改进蜂群算法的系统摩擦辨识与控制策略。首先,引入LuGre摩擦模型对系统进行数学建模,提高模型的准确性;其次,利用tent混沌映射、自适应反向轮盘赌概率选择方法及动态位置搜索方法对蜂群算法进行改进,提高算法搜索能力的自适应性、全局搜索能力和收敛精度,进而提高摩擦模型参数辨识精度;最后,结合辨识后的摩擦模型设计复合控制补偿器以补偿系统运行时产生的非线性摩擦力。实验结果表明,改进蜂群算法方法可以使摩擦参数的辨识值更精确。同时在复合补偿控制器作用下,系统跟踪误差值由1.86 Nm降至0.23 Nm,减小了约87.6%,降低了摩擦力对系统性能的影响,提升了系统的控制精度。     

一种新型LuGre摩擦模型参数辨识方法

针对Lu Gre摩擦模型参数难以辨识的问题,提出了一种一次性获得模型所有参数的新型快速识别方法,将Lu Gre模型构造为以速度为输入、摩擦力为输出的单输入单输出系统,求解出相应的Lu Gre离散递推方程,解决了参数辨识时鬃毛微位移无法有效检测的难题。在此基础上,通过遗传算法对给定的Lu Gre模型进行辨识实验,发现一次性能辨识出Lu Gre模型的6个参数,参数辨识误差最大为0.419%,具有较高的精度。通过Simulink对指定参数和辨识参数的摩擦力仿真对比可知,辨识出的参数可以较高精度逼近原始数据,最大力矩误差仅有0.14 N·m,验证了新型辨识方法的有效性。     

直线电机驱动进给系统摩擦力补偿研究

针对直线电机驱动进给系统跟踪小幅往复轨迹时,摩擦力造成较大的跟踪误差这个问题,开展摩擦力补偿研究。通过对不同位移幅值的往复运动实验数据进行挖掘,利用摩擦力位移曲线对摩擦特性进行描述,归纳成两类典型情况。在MS模型基本形式的基础上,构建了可涵盖这两类摩擦特性的MS模型扩展形式,并提出了线性化参数辨识方法和模型参数选择方法。采用实时性更佳的前馈策略进行摩擦力补偿实验。实验结果表明:由摩擦力造成的跟踪误差均方根下降了32.44%,最大值下降了47.73%,效果显著。     

直线电机摩擦力的动态补偿研究

由于非线性摩擦力的影响,高精度的直线电机滑台在低速运动时跟踪精度会受到较大的影响。从实际运用的角度出发,在传统的Stribeck摩擦数学模型的基础上引入位置参数建立新的模型,对非线性摩擦力进行补偿,并根据模型的特点设计前馈积分控制器进行系统辨识和补偿。采用Lyapunov函数和LaSalle不变性原理分析系统的稳定性。仿真结果表明:采用该模型提高了滑台的跟踪性能。     

遥控焊接力觉遥示教点间变迁控制技术

在遥控焊接力觉遥示教过程中,为实现遥控焊接自主遥示教,需要对遥示教点间状态变迁技术进行基础研究.根据焊缝辨识模型,确定示教点位置,通过共享技术调整好示教点的姿态,辨识记忆好第一个焊缝示教点,向下一个示教点变迁控制,主要包括示教点z方向变迁控制和示教点在xSy平面内方向变迁控制.并对摩擦力对遥示教点间变迁影响进行分析,证明了摩擦力的存在会在xSy平面内减小机器人进给计算量,在z方向使Fz增加,但是在遥示教自适应控制准许范围内,不会影响焊缝辨识逻辑.通过遥示教变迁控制技术,实现了遥示教点间自动变迁,为自主遥示教创造条件.     

基于摩擦模型的电动缸PID摩擦补偿控制研究

为改善伺服电动缸中非线性摩擦环节对其运动控制性能的影响,文章从控制角度出发,利用摩擦补偿控制策略对系统中的摩擦力进行补偿,以提高运动控制精度.首先建立了电动缸的动力学模型,然后基于LuGre摩擦模型利用PID控制算法进行了摩擦补偿控制器的设计,并采用遗传算法对摩擦参数进行了辨识,最后进行了仿真分析.通过仿真结果可以得出,增加摩擦补偿后,电动缸的位置跟踪精度有了很大的改善,验证了该摩擦补偿控制策略的有效性.     

关节非线性的串联双连杆机械臂运动控制研究

各轴上的关节非线性和不同轴间的动力学耦合效应是导致多轴工业机器人轨迹跟踪误差的主要非线性因素。因此,提出一种考虑关节非线性的串联双连杆机械臂模型的工业机器人运动控制方法。通过构造机械臂运动学和动力学模型,将连杆的非线性刚度和摩擦力直接辨识为关节非线性,从而进行参数化建模,通过实验验证了模型的有效性;提出了辨识双连杆动态模型的二自由度控制方案及带可变陷波滤波器的反馈整型控制方案,对机械臂运动进行控制。实验结果表明:与常规PI轨迹跟踪控制方法相比,此控制方案缩短了调整时间且减小了最大路径误差,降低了超调量。研究表明该控制方案能够有效地抑制残余振动,提高机械臂运动稳定性和轨迹追踪精度。     

温度对伺服阀滑阀副摩擦力的影响研究

以伺服阀滑阀副为研究对象,分析了温度变化对伺服阀滑阀副工作时所产生的摩擦力的影响。伺服阀滑阀副工作时产生的摩擦力主要由阀芯和阀套直接接触产生的摩擦力和阀芯与液压油液产生的摩擦力组成。通过分别分析其与温度的关系,推导出伺服阀滑阀副工作时产生的摩擦力与温度之间的理论计算公式。分析表明:在-50～50℃的范围内伺服阀滑阀副的阀芯与液压油液的摩擦力随温度升高下降较快,阀芯与阀套直接接触的摩擦力随温度升高逐渐下降。在50～100℃范围内阀芯与液压油液的摩擦力数值较小并随温度升高下降缓慢,其值远小于阀芯与阀套直接接触的摩擦力。在工作温度-50～150℃范围内,伺服阀滑阀副摩擦力随温度升高而逐渐降低。     

异型坯结晶器振动参数对铸坯摩擦力的影响

为有效防止漏钢事故的发生,降低铸坯与结晶器之间的摩擦力,改善铸坯与结晶器之间的润滑状况,本文研究了异型坯结晶器振动参数对铸坯摩擦力的影响。利用VB软件建立了异型坯连铸结晶器振动参数模型和固液两态摩擦力计算模型,分析了在不同的振动参数条件下,铸坯与结晶器之间摩擦力的变化规律,以期找到摩擦力最小的异型坯结晶器振动参数,为改善铸坯表面质量提供理论依据。     

基于CAE的铝合金板料冲压成形中摩擦特性研究

依据摩擦理论和有限元仿真理论,通过数值仿真计算的方法,将有限元计算出的摩擦力与实际生产中的摩擦力对应起来,分析了不同摩擦系数下铝合金板料在冲压成形过程中的摩擦特性。研究了铝合金板料在冲压成形过程中的摩擦力变化规律以及不同摩擦系数对摩擦特性和成形质量的影响。研究表明:铝合金板料冲压成形后期摩擦力随着摩擦系数增大而迅速增加,但板料成形质量评价指标升高,板料厚度更加均匀;通过研究不同节点摩擦力随时间的变化曲线,板料减薄区和起皱区的摩擦力变化规律完全不同。     

离子束增强沉积纳米金属薄膜的摩擦特性

在原子力显微镜上对采用离子束增强沉积方法制备的4种纳米金属薄膜的摩擦特性进行了研究,分析了载荷和滑动速度对金属薄膜摩擦特性的影响,并对4种纳米金属薄膜的特性进行了比较.结果表明:铜薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而基本保持不变,镍薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而略有增加,钛薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而显著增加,而铝薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而减小;4种纳米薄膜的摩擦力均随着载荷的增大而增大,并且都存在一个载荷值,超过这个值,接触刚度增大,摩擦力急剧增加;4种薄膜中,铜薄膜的摩擦力最小,铝薄膜在载荷较大时的摩擦力最大;4种纳米金属薄膜摩擦特性的差异与薄膜的结构、形貌特征有关.     

碳化硼陶瓷的表面形貌和摩擦性能

用原子力／摩擦力显微镜对碳化硼样品进行了表面形貌的微观分析。在载荷为1—6μN下，研究了Si3N4探针扫描碳化硼表面时摩擦力的分布。结果表明：摩擦力的变化与扫描处的试样表面形貌有关，表面形貌变化斜率越大处，摩擦力增加得越多；由于试样较平整，摩擦力的分布是比较均匀的；碳化硼材料纳米摩擦因数随载荷的增加而显著增加。     

直线伺服系统动子质量辨识及μ综合控制器设计

针对高精度、微进给、超低速永磁同步直线伺服系统(PMSLS)易受负载扰动及参数变化影响的特点,采用H∞控制器设计方法与μ综合中的D-K迭代法相结合,设计了一个μ综合控制器.该控制器对负载扰动和参数不确定性更具鲁棒性.为了补偿摩擦力的扰动,进一步增强系统的鲁棒性,采用了基于模型参考自适应在线辨识动子质量.仿真结果表明,提出的该控制器满足超低速永磁同步直线伺服系统对鲁棒性和快速性的要求,系统的稳态精度有了很大的提高.     

6种弓丝的摩擦力与其表面粗糙度、弹性模量及硬度的关系

以医用βTi丝、NiTi丝和不锈钢丝为对象,研究了其表面粗糙度、硬度和弹性模量与摩擦性能之间的相互关系。结果表明:表面粗糙度对摩擦力的影响最显著,并与摩擦力成正相关关系。弹性模量和硬度与摩擦力成负相关关系。通过利用函数回归拟合,建立了表面粗糙度、弹性模量和硬度与摩擦力的定量关系:f=(E-0.02649)·(H-0.07035)·(Ra0.80625),R2=0.9982。     

基于爬行理论的滚珠丝杆进给系统加工波纹度成因的研究

文章根据爬行理论对滚珠丝杠进给系统进行了分析,讨论了滚珠丝杠摩擦力矩的波动以及滚动导轨的摩擦阻力波动现象,认为滚珠进出滚道是引起滚珠丝杠及滚动导轨摩擦力(矩)波动的主要原因,丝杠系统的轴向作用力使得丝杠摩擦力矩的波动加剧,由于轴向作用力下丝杠接触刚度的下降将引起整体刚度的不足,在波动摩擦力(矩)的作用下丝杠进给系统将产生不平稳运动,而造成加工系统表面波纹度的产生。