基于小波分析的交流伺服系统摩擦特征的研究

摩擦是影响XY交流伺服工作台定位精度的重要因素。采用扭矩测量方式对交流伺服工作台的摩擦进行了研究,利用小波变换对测量信号进行多分辨率分析,从中识别出静摩擦力到动摩擦力变化过程中的特征信息。对比分析了扭矩测量方式和电流检测方式两种实验方法,结果表明,扭矩信号和伺服电流都包含了反映系统运行状态的丰富信息。与位移输出信号的对比分析表明,这两种实验方法均能有效地提取出摩擦影响的特征信息,但两者存在一定差别,充分利用这些特征可建立更有效的补偿控制模型。     

XY交流伺服工作台摩擦实验方法的研究

摩擦是影响XY交流伺服工作台运动控制精度的重要因素.采用基于扭矩测量和伺服电流测量两种方式对工作台系统中的摩擦力进行了研究.扭矩测量方式比较直接,可以方便地用于摩擦模型的参数估计;而电流测量方式能更精确地反映系统中摩擦力的变化信息.仿真实验表明,综合使用两种方法可以更加灵活地对摩擦力进行补偿控制.     

基于小波分析的交流伺服系统摩擦特征的研究

摩擦是影响XY交流伺服工作台定位精度的重要因素.采用扭矩测量方式对交流伺服工作台的摩擦进行了研究,利用小波变换对测量信号进行多分辨率分析,从中识别出静摩擦力到动摩擦力变化过程中的特征信息.对比分析了扭矩测量方式和电流检测方式两种实验方法,结果表明,扭矩信号和伺服电流都包含了反映系统运行状态的丰富信息.与位移输出信号的对比分析表明,这两种实验方法均能有效地提取出摩擦影响的特征信息,但两者存在一定差别,充分利用这些特征可建立更有效的补偿控制模型.     

基于摩擦补偿的交流伺服工作台爬行控制

低速工况下由摩擦引起的爬行现象是影响机械加工精度的重要因素。建立了XY交流伺服工作台爬行的数学模型。设计了一种变结构控制和基于摩擦模型前馈补偿相结合的综合控制策略,用于减小交流伺服工作台爬行对定位精度的影响。仿真和实验结果表明,采用提出的控制策略可以明显降低爬行产生的跟踪误差。     

一种机器人单关节伺服系统的能耗研究

以伺服电动机和减速机为主体的机器人单关节伺服系统为研究对象,在实验和仿真的基础上,对该关节系统的摩擦模型、动力学模型以及能耗模型的建模方法以及模型的特性进行了研究。首先,将该单关节系统分解成由高速轴和低速轴构成的抽象模型,基于Lu Gre摩擦模型和lagrange方程法分别建立高速轴和低速轴的动力学模型。在实验的基础上,利用最小二乘法和频响法对Lu Gre摩擦模型的静态参数和动态参数进行辨识。为了降低参数辨识的难度,根据高速轴和低速轴摩擦环境的近似性,建立了单关节系统简化摩擦模型。通过仿真和实验的对比分析,结果表明:建立的摩擦模型能够很好地反映该系统的摩擦行为。建立了考虑摩擦和电动机热损耗因素的能耗模型。通过实验和仿真分析,该动力学模型和能耗模型能够准确地反映关节伺服系统的力矩行为和能耗行为,从而为后续建立机器人多关节伺服系统的能耗模型和能耗优化控制提供理论基础。     

高速、高精度数控伺服工作台摩擦误差的研究

建立了一种考虑摩擦影响的PID控制下的高速、高精度进给伺服工作台的数学模型。伺服机构中的摩擦力是采用一种“两维混合摩擦模型”来描述的。该模型可以根据滑动速度、表面接触物体的油膜厚度等计算摩擦力。通过数值仿真与实际测量 ,在大范围的工况下 ,研究了圆运动过象限时出现凸起的误差现象。通过计算与试验结果的比较 ,证明了提出的考虑摩擦影响的数学模型能够精确地模拟PID控制下的高速、高精度进给伺服工作台的动力学过程 ,能够正确地预测进给运动过程中摩擦误差大小及特征。     

基于键合图的交流伺服X-Y工作台建模与仿真

研究了数控机床交流伺服X-Y工作台的建模和仿真方法。为克服传递函数法和方块图建模的不足,采用键合图和方块图建立工作台的混合仿真模型,其中,机电传动部分用键合图建模。通过分析永磁同步电动机矢量控制原理及其动态参数,给出了磁场定向控制下同步电动机的键合图模型,进而应用20-sim软件建立了工作台仿真模型,并对工作台位置环的斜坡响应,以及机械阻尼、刚度和质量等参数的影响进行仿真。     

基于LuGre模型实现精密伺服转台摩擦参数辨识及补偿

为降低摩擦对光学精密伺服转台速度跟踪精度的影响,提出了基于LuGre模型的转台摩擦参数辨识和补偿方法.首先,分析转台在自由减速过程中的速度过零现象,采用遗传算法拟合减速曲线从而获得转台摩擦参数和转动惯量;然后,通过仿真实验验证辨识方法;最后,利用辨识得到的参数计算摩擦补偿并叠加到转台速度伺服系统.实际实验系统的数据更新...     

基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法

根据数控交流伺服工作台进给系统从静止到宏观运动的过渡时间,和零速度时刻的指令加速度大小呈反比关系,区分摩擦力矩的预滑动区和滑动区,由此提出基于力矩值估计的摩擦补偿方法;在设定指令加速度后,基于命令力矩值的摩擦力矩模型,不需要测量速度就可以补偿工作台进给系统中的摩擦。同时,考虑到参数的不确定性,设计非线性摩擦自适应控制方案,对其稳定性进行理论证明。在交流伺服工作台进给系统上对基于摩擦力矩值估计的自适应前馈补偿方法进行验证。试验结果表明,基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法能实现在不同指令加速度下对期望轨迹的跟踪,并能大大提高系统的跟踪精度。     

张紧器迟滞特性建模及参数识别

以汽车发动机前端附件驱动系统中的张紧器为研究对象,研究了张紧器的摆角-扭矩迟滞特性。利用双折线迟滞模型代替理想的干摩擦模型,并结合Masing模型,给出了张紧器摆角-扭矩关系的建模方法。运用参数分离识别技术识别迟滞模型中的参数,并将仿真结果与实测数据进行对比。结果表明,仿真值与实测值吻合度较高,验证了张紧器模型和参数识别方法的正确性。     

基于小波分析的交流伺服电流中摩擦影响信息特征提取的研究

由于交流伺服电动机的伺服电流受到很多干扰,难以从中直接得到有用的信息。为此,利用霍尔传感器测量了交流伺服电动机控制器输出的伺服电流,将小波变换的理论用于提取反映摩擦力动态特性的伺服电流的有用信息。在这一过程中,对它进行多分辨率分析,即把伺服电流信号分解成多个层次细节部分和平滑部分,从中识别出静摩擦力到动摩擦力过程中信息特征。通过和位移输出信号对比分析,说明在伺服电流中能提取出摩擦影响的信息。此外,还发现突变发生时刻总是早于工作台宏观运动时刻,这一提前量还需要进一步研究。     

考虑摩擦影响的重型车床横向进给伺服系统建模与分析

进给伺服系统的性能对数控(Computer numerical control,CNC)机床的跟踪及定位精度、零件加工表面质量等有着重要的影响。摩擦的非线性还会导致系统产生爬行行为。结合Karnopp摩擦模型的建模思想,对导轨接触面建立一种改进的Stribeck摩擦模型,针对闭环控制的某重型车床的横向进给系统,建立综合考虑轴的扭转刚度、齿轮的啮合刚度、丝杠螺母副接触刚度、丝杠轴和轴承轴向刚度、导轨接触面摩擦的进给伺服系统的多自由度力学模型和数学模型,研究低速进给下各个刚度变化对工作台输出的影响,找出机械传动系统中的刚度薄弱环节。现场试验测试工作台不同进给位置下的临界爬行速度,得出临界爬行速度与丝杠的轴向刚度的关系,理论分析与试验结果相吻合。所得结论可为该重型车床横向进给伺服系统的优化设计和性能预测提供理论支持。     

PRACTICAL FRICTION MODELS AND FRICTION COMPENSATION IN HIGH-PRECISION ELECTRO-HYDRAULIC SERVO FORCE CONTROL SYSTEMS

Nonlinear friction is the main factor in the electro-hydraulic servo force control system. It causes steady-state and tracking errors that are difficult to eliminate during static and dynamic loading. In recent years, many studies have been done to reduce or eliminate the influence of the friction in the control system. This article discusses an electro-hydraulic servo force control system to complete simulation experiments in the laboratory. According to friction theory, the effect of friction near the zero-velocity point that appeared twice within a cycle during the test would be very obvious, which distorts the waveform and decreases the control accuracy. Due to the special purpose of the electro-hydraulic servo force control system, a practical friction compensation method has been introduced in this article. The friction static friction model, dynamic friction model, and identification methods are discussed in detail. The experimental results show that this practical friction compensation method can significantly reduce the influence of the nonlinear friction and improve control accuracy in the high-precision electro-hydraulic servo force control system.     

Parameter tuning method for dither compensation of a pneumatic proportional valve with friction

In the practical application of pneumatic control devices, the nonlinearity of a pneumatic control valve become the main factor affecting the control effect, which comes mainly from the dynamic friction force. The dynamic friction inside the valve may cause hysteresis and a dead zone. In this paper, a dither compensation mechanism is proposed to reduce negative effects on the basis of analyzing the mechanism of friction force. The specific dither signal (using a sinusoidal signal) was superimposed on the control signal of the valve. Based on the relationship between the parameters of the dither signal and the inherent characteristics of the proportional servo valve, a parameter tuning method was proposed, which uses a displacement sensor to measure the maximum static friction inside the valve. According to the experimental results, the proper amplitude ranges are determined for different pressures. In order to get the optimal parameters of the dither signal, some dither compensation experiments have been carried out on different signal amplitude and gas pressure conditions. Optimal parameters are determined under two kinds of pressure conditions. Using tuning parameters the valve spool displacement experiment has been taken. From the experiment results, hysteresis of the proportional servo valve is significantly reduced. And through simulation and experiments, the cut-off frequency of the proportional valve has also been widened. Therefore after adding the dither signal, the static and dynamic characteristics of the proportional valve are both improved to a certain degree. This research proposes a parameter tuning method of dither signal, and the validity of the method is verified experimentally.     

滚珠丝杠式惯容器非线性建模与参数辨识

针对滚珠丝杠式惯容器存在的非线性力学特征,首先,分析了滚珠丝杠式惯容器的工作原理,对惯容器的主要部件进行了非线性力学分析,建立了考虑摩擦、间隙以及丝杠弹性力的惯容器非线性力学模型;然后,在数控液压伺服激振试验台上进行了惯容器的力学性能试验,得到了惯容器在不同惯容系数以及不同激振输入下的力学响应特性;最后,根据试验结果分析了摩擦和间隙对惯容器力学性能的影响,得到了便于参数辨识的惯容器力学模型结构,实现了惯容器输出力仿真与试验结果的分析和对比。结果显示,二者在一个周期内的均方根值误差不超过7%,非线性模型呈现出良好的拟合精度,证明了所述方法的可行性和有效性。     

基于电液比例伺服复合加载及迭代学习控制的合成绝缘子疲劳试验方法

为模拟合成绝缘子的微风振动状态,实现其疲劳试验过程,研究电液比例伺服复合加载技术。针对合成绝缘子的实际负载工况,设计出一种复合式电液伺服加载系统,包括静态比例加载和动态伺服加载两部分,分析系统工作原理,建立伺服加载的数学模型,设计出基于PD型迭代学习的加载控制方法,实现动态加载力的精确控制,并采用AMESim和Matlab进行联合数字仿真。仿真和实际试验结果均验证了所加载方法和控制方法是正确可行的,能够取得高精度的控制效果。根据所提的加载方法和控制方法,已研制出相应的合成绝缘子电液加载系统,其静态加载力可达150 kN,动态加载力幅值可达20 kN,加载精度达到了0.5 kN,加载频率最高可达100 Hz,连续振动次数达到3千万次     

基于仿真离散数据的偏转板射流式伺服阀液动力计算方法研究

基于偏转射流式伺服阀工作机理,提出关于其动态特性分析及前置级液动力计算检测的问题。建立关于力矩马达、射流盘前置级以及功率滑阀三部分的完整伺服阀动态模型,确定前置级液动力的近似公式,并对整阀特性进行频率分析,验证了数学模型的正确性;建立伺服阀前置级内部的二维流场模型,并基于流场仿真所获得的离散数据,给出两种可用于计算稳态液动力的方法,即动量定理法和压差法,通过计算某型伺服阀的液动力,验证上述两种方法能够相互印证;设计并实现了一种双自由度的液动力测试平台,实现了对液动力的间接测试。结果表明,采用动量定理法和压差法计算得到的液动力值,与其近似计算公式以及试验结果一致,证明了提出的液动力计算方法与测试系统均具有可行性,为此类伺服阀的改进与优化提供了技术支撑。     

面向大型机床再制造的进给系统动态特性

大型机床进给系统的再制造必须考虑大型部件的空间分布特性对进给系统动态响应的影响。针对某大型铣齿机床,采用分布参数建模方法描述细长滚珠丝杠副的传递子系统,采用集中参数建模方法描述交流伺服驱动子系统和工作台驱动子系统,并通过转速关系将3个子系统耦合起来,形成进给系统的分布集中参数模型。通过理论模型仿真与试验结果比较,证明建立的分布集中参数模型符合物理系统的真实性,能够准确地描述大型机床进给系统的动态响应特性。在此基础上进一步讨论不同分布特性影响下,分布集中参数模型和单纯集中参数模型动态响应的变化,结果表明,两种模型的动态响应差异会随着系统惯量的变化而改变,这为大型机床进给系统的设计、控制提供了参考依据。