基于摩擦补偿的两轴直驱伺服进给系统自适应非线性滑模轮廓控制

为满足两轴直驱伺服进给系统的高精度加工要求,提出一种基于摩擦补偿的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法,以兼顾加工精度和响应速度要求。建立适用于大曲率轮廓加工的等效轮廓误差模型,同时考虑系统中存在的不确定性动态的影响,建立准确且能实时补偿的改进LuGre非线性摩擦力动力学模型。为提升两轴直驱伺服进给系统轮廓性能,设计基于非线性滑模面的ANSMCC方法,其中非线性滑模面包含轮廓误差分量,通过改变非线性滑模面中增益矩阵值的大小可实时改变系统的阻尼比,从而协调轮廓误差与系统响应速度的关系。实验结果表明,所提方法可以克服系统运行过程中不确定性动态的影响,准确跟踪大曲率轮廓曲线,提高轮廓加工精度。     

交变负载下变齿厚齿轮副侧隙控制试验研究

提出一种基于变齿厚齿轮的齿轮侧隙控制方法:在取得变齿厚齿轮副连续侧隙曲线规律基础上,根据主动轮的角位移来实时调整变齿厚齿轮主动轮与从动轮的相对位置关系进行侧隙控制;推导了具有偏心误差齿轮副的双向无负载传动误差及侧隙计算公式及其等效关系,在此基础上根据双向传动误差试验曲线获得了齿轮副连续侧隙曲线;在未消隙情况下,分析了不同负载幅值及不同负载频率的传动误差试验曲线,结果表明在交变负载下侧隙对齿轮副的动态传动误差有明显影响;在不同负载条件下,开展了基于变齿厚齿轮副的侧隙电控试验研究,对比其动态传动误差试验曲线,结果表明:电控侧隙控制后,因侧隙和脱啮导致的动态传动误差跳变或波动现象明显改善,动态传动误差明显减小,证明该侧隙控制方法有效。     

基于RBF神经网络的谐波传动自适应反演控制研究

由于自身结构上的特点，谐波传动系统存在柔性变形、摩擦和外界不确定干扰等非线性因素。传统控制器大多对系统进行了一定程度的简化，或未考虑非线性外界扰动，导致所设计的控制器性能达不到预期效果。为了提高系统精度，建立了考虑系统非线性刚度和非线性摩擦的谐波传动系统动力学模型；基于试验数据，采用最小二乘法对模型进行参数辨识；采用径向基函数（Radial Basis Function,RBF）神经网络在线逼近系统非线性摩擦和外界不确定干扰力矩，并提出了一种基于RBF神经网络的自适应反演控制器；利用Lyapunov稳定性理论，证明了其闭环系统的收敛性。仿真结果表明，与普通Back-stepping控制相比，在受到外界未知干扰后，所提出的RBF神经网络自适应反演控制能有效地逼近系统非线性摩擦和外界未知干扰，其跟踪误差峰-峰值能迅速稳定到0.000 82 rad；而Back-stepping控制对外界未知干扰比较敏感，其跟踪误差峰-峰值增大至0.012 3 rad左右。所提出的RBF神经网络自适应反演控制能抑制参数动态变化和外界干扰对系统传动精度的影响，提高系统的传动精度。     

精密行星滚柱丝杠副行程误差影响因素试验研究

行程误差是评价行星滚柱丝杠副精度的重要参数,但关于行程误差影响因素及建模的研究较少。因此,首先对行星滚柱丝杠副行程误差影响因素进行分析,包括加工误差、安装误差及变形误差;然后,基于各项误差转换建立行程误差模型并对各项误差进行测量;最后,使用行程误差试验台测量了4根行星滚柱丝杠副的丝杠行程误差和6种不同负载工况下的丝杠副行程误差。试验结果表明,加工工艺水平和安装精度对行程误差指标的影响较大,丝杠副行程误差随负载的增加而增加,表明负载增加产生的变形误差对行程误差的影响较大,丝杠行程误差试验值与模型计算值的相对误差为1.62%～4.37%,丝杠副的相对误差为1.81%～6.53%,验证了模型的有效性,可为进给系统传动精度的分析提供参考。     

被动式电液负载模拟器的变增益滑模控制研究

针对被动式电液负载模拟器的加载精度和响应速度问题,对电液负载模拟器中非线性环节和舵机位置系统的扰动进行了研究,其中非线性环节包括非线性摩擦以及液压缸的容腔效应。对于非线性环节问题,建立了包含光滑摩擦模型以及液压缸容腔效应的系统非线性数学模型;对于舵机位置系统的扰动问题,基于Lyapunov稳定性理论,讨论了滑模面s中增益的参数选取问题;提出了一种基于双幂次趋近律,能使控制器具备光滑输出的变增益滑模控制器;通过Matlab/Simulink进行了系统数值仿真。研究结果表明:引入该变增益滑模控制器后,提高了系统的加载精度和响应速度,舵机位置系统对负载模拟器的不确定性影响具有较好的鲁棒性,使其输出的超调量不超过5%,静、动态的最大误差不超过5%。     

干扰观测器与滑模控制结合的机械臂跟踪控制

为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,提出了干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪控制方法.建立了机械臂动力学模型,设计了机械臂轨迹跟踪控制方案.将机械臂受到的扰动分为可观测部分和不可观测部分,对于可观测部分,设计了干扰观测器用于估计扰动大小,依据扰动观测值对控制力矩进行补偿,主动消除可观测部分扰动的影响;对于不可观测部分,设计了非线性滑模控制器,用于减小不可观测扰动造成的跟踪误差与抖动.经仿真验证,与传统滑模控制和非线性滑模控制相比,干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪误差减小了一个数量级以上,且跟踪速度最快.     

基于摩擦模型的反演滑模控制在大型望远镜上的应用

根据永磁同步电机驱动的大型望远镜转台对指向精度与低速跟踪精度的要求,设计了基于摩擦模型的反演滑模控制器。建立了基于摩擦模型与外部扰动的系统模型;然后,按照反演设计方法,设计了离控制输入最远的子系统,在设计过程中加入滑模控制,从而减小非线性摩擦因素与外部风载等对指向精度与跟踪精度的影响。通过理论仿真和实验研究验证了该方法的有效性。结果显示:所设计的反演滑模控制器具有较好的动态响应,对扰动等不确定性因素具有较强的鲁棒性,当位置阶跃指令为4.6″时,稳态误差为0.048 51″,比传统的PI控制算法减小21.4%;当输入斜率为5(″)/s的位置斜坡指令时,稳态跟踪误差为0.031 26″,比传统的PI控制算法减小30.1%。结果表明提出的方法能够提高望远镜控制系统的指向精度和低速跟踪精度。     

零度弧齿锥齿轮的几何啮合仿真分析

为了提高零度弧齿锥齿轮的啮合性能,提出了以局部综合法为基础的小轮变性法加工参数设计方法。建立含安装误差的轮齿接触分析模型,通过求解非线性方程组,获得接触迹线和传动误差曲线,基于微分几何计算瞬时接触椭圆长轴。算例结果表明,变性法加工可获得中凸的抛物线型传动误差且幅值控制在较小的范围;轴交角安装误差对啮合性能影响最大,需保证其安装精度。     

圆弧齿线圆柱齿轮传动误差研究

为了研究圆弧齿线圆柱齿轮传动误差,提出了圆弧齿线圆柱齿轮传动的扭转振动模型,并利用3D模型建立动力学模型,分析齿宽、齿线半径、负载及转速等对传动误差的影响。研究表明,不同结构参数和工况时,传动误差在0附近周期性波动;传动误差幅值随着齿宽增大而先减小后增大;传动误差幅值随齿线半径增大呈"W"形变化,即先随齿线半径增大而先减小后增大,然后再随齿线半径增大而先减小后增大;传动误差幅值随负载和转速增大而增大。研究结果为齿轮系统的降噪、润滑、故障诊断及轮齿几何修形等提供了理论基础。     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的高精度位置控制

在受到陀螺效应、动框架效应等影响后产生的磁力非线性问题是磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)高速转子位置精度下降的主要因素。为解决以上问题,提高转子位置精度,本文分析了转子所受磁力的特性,建立了转子系统非线性动力学模型,提出了神经网络滑模控制方法。设计滑模控制律,采用径向基函数神经网络逼近控制律中的非线性模型,自适应算法根据误差在线调整神经网络的权值,同时可以保证整个系统的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出方法的转子位置精度达到99%,稳态误差为0.000 2 mm。神经网络滑模控制可以实现MSCMG转子系统的高精度位置控制。     

弧齿锥齿轮的传动误差、重合度和噪声的关系

分析了弧齿锥齿轮噪声产生的机理，影响振动噪声的主要因素以及传动误差与重合度，噪声的关系，随着重合度增大，传动误差曲线幅值波动减小，振动和噪声降低，在此基础上，概述了通过提高重合度来降低振动和噪声的几种设计方法。     

考虑齿形误差的RV减速器摆线针轮副传动误差分析

在摆线轮加工过程中,由于受到机床精度、刀具精度、工装夹具精度及轮坯精度等因素的影响,不可避免地会产生齿形误差。为了评估齿形误差对摆线针轮副传动精度的影响,基于实测的摆线轮齿形误差计算出实际齿面坐标点数据。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲线对实测齿面数据进行曲线拟合,得到含齿形误差的摆线轮数字化齿廓。依据齿轮啮合原理对摆线轮数字化齿面进行齿面接触分析,获得了考虑齿形误差的摆线针轮副传动误差曲线。仿真结果表明,齿形误差会改变摆线轮传动误差曲线的形状和幅值。     

机器人RV减速器传动误差的测量与分析

为准确测量机器人RV减速器的传动误差,分析测量过程中负载和输入转速的影响,指导机器人RV减速器的测量和应用,通过选型关键测试部件搭建了由驱动模块、加载模块、控制模块、测量模块、软件模块和机械模块组成的机器人RV减速器综合试验台,测量了RV-40E和RV-320E不同条件下的传动误差值,得到了传动误差曲线图。基于实验数据拟合出负载、输入转速、不同型号和传动误差之间的关系,分析了负载、输入转速、刚度对于传动误差的影响。结果表明,机器人RV减速器的传动误差随着负载和输入转速的增大而增大,随着刚度的增大而减小,负载对传动误差测量值的影响为3阶次,对其影响较大。     

谐波齿轮传动误差的补偿控制

由于谐波系统中存在传动误差,结果会使机构无法准确执行预定的传动。为了对谐波齿轮系统的传动误差进行补偿,本文首先对谐波齿轮传动系统进行分析,综合考虑谐波齿轮啮合摩擦、扭转刚度、侧隙、传动误差等多种非线性因素,根据谐波齿轮传动系统的力学模型,建立系统非线性动力学微分方程。采用PID控制器对系统进行控制,为补偿误差根据传递函数建立了控制系统方框图。最后通过比较PID控制前后的仿真误差,证明了PID控制对误差补偿的有效性。     

砂轮磨损量及钝化程度的在线监测系统的误差分析

介绍了一种结合误差分离技术和差压技术对砂轮的工作表面进行在线监测的系统。分析了影响系统测量精度的主要误差因素,如磨削液质量、系统采样点数、非线性误差等。给出了减小误差的措施以达到提高系统测量精度的目的。     

直接驱动Xy平台零相位误差跟踪新型交叉耦合控制

针对直接驱动XY平台高精密轮廓加工中存在的电气——机械延迟、系统参数不确定性及两轴驱动系统参数不匹配以及扰动等因素影响轮廓加工精度的问题,提出了将零相位误差跟踪控制(ZPETC)与新型交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制,实现跟踪误差与轮廓误差同时减小。ZPETC作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,克服了伺服滞后,使系统实现准确跟踪,减小了跟踪误差,进而有利于减小轮廓误差;新型交叉耦合控制作用于两轴之间,将轮廓误差作为直接被控量进行实时补偿控制,特别有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计。仿真和实验结果表明所设计控制系统具有较好的跟踪性和鲁棒性,进而大大提高了跟踪精度和轮廓精度。     

非线性负载下逆变器输出波形控制研究

针对机载非线性用电负载造成逆变器输出波形畸变,导致总谐波畸变值THD(total harmonic distortion)超标等问题,提出非线性控制和重复控制组合而成的复合控制策略,利用Simulink搭建复合控制系统的仿真模型,验证复合控制在突变性负载和整流性负载下输出波形的质量。仿真结果表明,复合控制策略既提高了系统的动态响应速度,又减小了输出波形的稳态误差,与传统控制方法相比有较大优越性。     

行星齿轮传动的传动误差特性分析

传动误差是评价齿轮传动系统传动精度的关键性能指标,也是齿轮系统振动和噪声的激励源。目前,针对传动误差的研究大多局限于单对齿轮的分析和测试,对齿轮传动链的传动误差及其传递过程研究较少。本文从单对齿轮传动误差影响因素及特性出发,以行星摆线减速器为例,研究其传动误差来源和特性,并对测试数据进行分析。结果阐明了影响行星齿轮传动系统传动精度的主要因素及保证减速器运动精度的关键环节。     

基于级联滑模控制的高精度光电跟踪与捕获

为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能,提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律,在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象;基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制,以提高系统的动态响应性能和鲁棒性,提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后,以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象,进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明,相比于传统级联PI控制,捕获速度为1(°)/s的目标时,级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%;跟踪等效最大速度为4(°)/s和最大加速度为2(°)/s 2的正弦引导信号,可将跟踪误差RMS值减小31%,采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。     

基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响,提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时,设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动,并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器,在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示,采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法,系统可快速、准确、无超调地跟踪900r/min的速度指令,调节时间为0.08s,稳态误差为±5r/min。加入0.6N·m的负载扰动,该控制方法的最大转速波动为21r/min,比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明,基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能,同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。