基于LuGre模型的伺服系统摩擦补偿策略研究

利用摩擦力LuGre模型能很好地诠释摩擦力的动静态特性。本研究首先采用遗传算法辨识Stribeck曲线的参数,将其作为LuGre模型的静态参数。其次,采用阶跃响应曲线拟合得到LuGre模型的动态参数。最后,基于已经辨识的LuGre模型构建S函数,对伺服系统做前馈补偿。针对某型号转台伺服系统,所采用辨识方法的辨识精度高、速度快且鲁棒性好;所设计的前馈补偿器能有效改善转台伺服系统的低速性能。     

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。     

伺服系统摩擦的改善

通过分析摩擦对伺服系统运动过程的影响 ,总结出其产生的原因 ,并提出应用加速度负反馈可有效地克制低速的跳动问题 ,实践证明行之有效     

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。     

基于模糊控制策略的位置伺服系统研究

文中针对经典PID调节器控制PMSM的缺点,基于Matlab/Simulink给出了采用模糊控制策略控制PMSM的完整设计方法。首先在建立永磁同步电机数学模型的基础上,确定了随动系统的电流环、速度环、位置环三闭环控制方案。其中电流环和速度环采用经典PID控制,由于位置环关系到系统的稳定和高性能运行,因而是伺服控制系统设计的关键,此环采用模糊控制器来实现。通过仿真验证了基于模糊控制策略控制PMSM的控制效果,系统仿真表明,相对于经典PID控制策略,此控制策略具有快速跟踪性和较好的控制精度等优点。     

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.     

基于观测器的伺服系统低速摩擦补偿分析

针对两种不同的非线性摩擦观测器,推导了基于无刷直流电动机非线性模型的零速度时间隔△Ｔ解析表达式,通过仿真证实,利用基于库仑摩擦模型的摩擦观测器可以有效地改善系统的低速控制性能。     

考虑摩擦伺服系统的补偿算法研究

针对摩擦非线性影响伺服系统动静态性能的问题,在典型伺服系统模型中引入LuGre摩擦模型,介绍了一种应用自适应神经网络补偿摩擦的控制算法。在负载转矩未知、模型包含不确定项、系统参数时变的情况下,利用神经网络对非线性项进行逼近,同时引入自适应的思想,利用反步法设计自适应控制器在线补偿神经逼近系统的估计误差。此外,通过Lyapunov稳定定理对控制系统进行分析,证明整体系统是渐进稳定的。仿真结果表明:该补偿方法能对伺服系统中摩擦进行有效抑制,保证系统的跟踪性能,并在负载扰动和系统参数时变情况下仍具有较强的鲁棒性。     

基于LuGre摩擦模型与自抗扰技术的调速伺服系统复合控制策略

为了提高调速伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于LuGre模型的调速伺服系统自抗扰控制策略。利用LuGre摩擦模型对摩擦扰动进行辨识,并对其进行前馈补偿,在速度环和电流环分别加入一阶自抗扰控制器,对剩余扰动进行实时估计并补偿。ADRC弥补了摩擦模型的非绝对完美的问题,LuGre模型也缓解了ADRC的计算压力,互为补充,提高了性能。仿真结果表明：所提控制策略响应速度快、调节时间短、超调低,提高了系统的控制速度和精度。     

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。     

基于自适应迭代学习的直线伺服系统摩擦扰动抑制方法研究

针对直线伺服系统存在非Lipschitz连续的摩擦扰动问题,分析了摩擦扰动对系统的影响。基于迭代学习控制与自适应控制理论,提出了一种自适应迭代学习算法,并利用Lyapunov能量函数证明了该算法的稳定性。采用DSP控制器,设计了直线伺服控制系统并给出了控制系统结构框图。最后针对摩擦扰动抑制方法的有效性和可行性进行了仿真和实验分析。仿真和实验结果表明:基于自适应迭代学习的直线伺服系统摩擦扰动抑制方法可以有效地减小位置误差和速度误差,提高了系统的稳定性,能够抑制摩擦扰动对系统的影响。     

交流伺服系统鲁棒控制策略研究

本文针对鼠笼异步电动机间接磁场定向控制系统，提出一种ＰＩ调节器和模型跟踪调节相结合的鲁棒控制方案。理论分析、仿真和实验证明了该方案具有工程应用价值。     

基于比例复数积分控制的单相逆变器并网研究

设计了一种具有零稳态误差和低谐波注入的单相并网逆变器控制系统,系统的控制器由比例调节器K和复数积分调节器构成。与传统PI控制器相比,比例复数积分控制器（PCI）在基波频率处增益无穷大,因此可以完全消除稳态误差。通过理论分析,构造了单相系统虚拟的伪三相静止坐标系进行坐标变换,利用由旋转坐标系实现复数域的实数化。理论分析和仿真实验结果都证明了系统具有良好的稳态性能和抗干扰性能,并且对并网电流有一定的谐波抑制作用。     

单相并网逆变器自适应比例复数积分控制策略

当弱电网频率漂移时,传统控制器不能无差跟踪电网频率和实现并网电流的零稳态误差控制。为此,提出一种单相并网逆变器的自适应比例复数积分(proportional complex integral, PCI)控制策略,该策略采用基于复数域的比例复数积分控制与锁频环(frequency-locked loop, FLL)相结合的自适应控制方法,其中PCI控制器用于消除并网电流的稳态误差,FLL用于实时跟踪电网频率,提高PCI的控制精度。仿真和样机实验表明,该控制策略能在电网频率波动下,实现并网电流无差跟踪给定信号,同时降低并网电流的谐波含量。论文研究可为改善单相并网逆变器在频率漂移下的控制性能提供参考。     

交流伺服系统参数辨识策略研究

在永磁同步电机(PMSM)伺服系统中,当负载转矩或负载转动惯量发生变化时,会使伺服系统中已优化整定好的控制器的性能严重下降,甚至出现恶化的情况.通过准确辨识当前系统的总转动惯量和负载转矩的基础上,可以实现具有良好瞬态特性的速度控制.提出了一种基于电机运动方程的负载转矩和总转动惯量辨识方法,通过数学推导,得到转动惯量辨识的递推公式,并用Saber仿真软件搭建了伺服系统的参数辨识仿真模型,仿真结果验证了辨识方案的可行性和有效性.     

双积分控制策略研究及在单相并联APF中的应用

为了解决电压跟踪的快速实时问题,针对电压型逆变器提出了双积分控制。双积分控制在电压跟踪上只需要一个比较器及两个带重置功能积分器,其方法原理较简单有利于实际应用。为了扩展双积分控制的应用范围,设计了基于负载电流检测的前馈控制器将电压跟踪问题转换为电流跟踪问题。双积分控制可以应用于并联有源滤波器的设计,使并联滤波器的输出电流跟踪参考电流;由于积分器的作用,双积分控制亦可以抑制直流侧电压波动产生的干扰。但是双积分控制的信号输出频率不固定,延时环节的设计可使双积分控制输出信号的频率集中于一个高频范围,通过无源滤波器的设计进行滤除。双积分控制器控制精度高、动态响应迅速并且鲁棒性强。仿真实验结果验证了所提控制策略的有效性及可靠性。     

基于Stribeck摩擦模型的模糊PID控制在伺服系统中的应用

由于采用常规PID算法很难跟踪上基于Stribeck摩擦模型的伺服系统的输入信号,本文采用了模糊PID与传统PID控制相串联的方法,以飞行模拟台伺服系统背景进行仿真实验研究,结果表明,该方法设计简单,能对具有带摩擦的伺服系统进行有效控制,具有较强的鲁棒性和抗干扰性能,并明显优于常规PID控制的性能。     

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。     

直线电机伺服系统的自适应模糊摩擦补偿

针对受摩擦力影响,接触运动的直线电机在低速运动时速度常会不平稳、系统控制精度降低的问题,提出一种自适应摩擦补偿方法.通过模糊模型参数的自适应调整,实现摩擦力值的在线估计,并据此进行摩擦补偿,以克服摩擦对电机性能的影响.该方法采用复合自适应律,同时利用系统输出误差与参数估计误差的相关信息进行参数调整,以提高模糊模型参数收敛的速度,使参数估计值在一定条件下收敛到最优值.并在理论上证明了该方法的闭环稳定性与参数收敛性.仿真结果表明,此方法能实现摩擦的在线估计与补偿,从而提高直线电机的控制性能.     

控制受限的直流伺服系统非线性摩擦补偿

针对机电位置伺服系统实际运行时不可测摩擦状态和控制输入限制问题,设计了一种基于辅助系统的鲁棒饱和补偿跟踪策略。该控制策略将包含未知外摩擦状态项视为未知输入,构造不可测摩擦状态观测器。为了解决输入控制受限问题,基于辅助系统设计鲁棒饱和补偿控制器,把它考虑到自适应鲁棒控制器设计进行补偿。仿真和实验结果表明,该补偿策略提高了直流伺服系统的精度,为该类伺服系统高性能控制的分析与设计提供一种理论参考。