基于摩擦及泄漏补偿的被动电液测力建模与实验研究

为提高液压系统静态下基于流体压力测量其负载的测量精度,基于弹塑性变形理论及流体力学连续方程和N-S方程,分别对液压缸摩擦及泄漏进行了分析,建立了液压缸活塞密封圈与内壁接触摩擦力方程及液压缸-活塞间油液泄漏剪切力方程,得到液压缸接触摩擦力与泄漏剪切力数学模型,利用Ansys与Fluent有限元软件分别对其接触摩擦力及泄漏流场进行仿真计算分析。在此基础上,搭建了被动静态电液测力实验系统,考虑活塞密封圈与缸内壁接触摩擦和液压缸-活塞间泄漏,基于建立的摩擦及泄漏模型,补偿得到了被动电液测力系统的测量精度,并将之与线性拟合法得到的测量精度进行了对比。实验结果表明,采用基于摩擦及泄漏补偿的被动电液测力测量精度比常规线性拟合法明显提高,从而为提高电液测力测量精度提供了一种新的思路与方法。     

基于LuGre模型的自适应摩擦补偿

为提高开放式伺服系统的动态性能,使其具有良好的适应能力,提出一种基于LuGre模型的自适应摩擦补偿方法.建立开放式伺服系统的动力学模型,并通过LuGre模型来描述系统的摩擦特性.考虑到摩擦模型的参数会随系统变化而发生改变,采用Backstepping方法设计自适应摩擦补偿控制器,并采用Lyapunov定理证明系统的全局渐进稳定性.通过可编程多轴控制器(Programmable multi-axis controller,PMAC)编写伺服算法实现该自适应摩擦补偿方案,并通过试验验证该方案的有效性.试验结果表明:与传统的速度加速前馈补偿相比,该自适应摩擦补偿方案在正弦运动作为输入信号时,其跟踪误差由±40 μn降低到±7 μm.采用该补偿方案能有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响,为提高伺服系统的动态跟踪性能奠定基础.     

基于LuGre模型的二自由度摆头摩擦补偿

混联机床中二自由度摆头存在的非线性摩擦力矩严重影响加工精度.LuGre模型具有非线性摩擦描述能力,但模型复杂,参数辨识难度较大.本文提出一种改进型量子遗传算法可取得比传统遗传算法更高的辨识精度,并设计了基于模型的前馈补偿策略.为解决不确定因素导致的参数波动,将LuGre前馈补偿和模糊PID相结合,提高了补偿器的鲁棒性....     

基于LuGre模型的气动位置伺服系统摩擦补偿控制

气动伺服系统的摩擦力/驱动之比较大,摩擦力模型复杂、受影响因素较多且存在一定的不确定性,导致精确建模比较困难;另一方面,摩擦力和气体的低刚度、弱阻尼特性相互作用导致爬行、黏滑振荡现象,严重影响了伺服系统的动态及稳态性能的提升。在综合考虑摩擦力特征、系统自身非线性、未建模动态不确定性及摩擦力和系统性能相互影响的基础上,结合LuGre摩擦模型,采用双观测器估计摩擦力模型中的部分不确定性参数,提出非线性自适应反步摩擦补偿控制方法。通过在低速和高速工况下分别进行试验验证,并与PID控制方法进行比较,结果表明非线性自适应反步摩擦补偿控制方法有效改善了起步阶段的动态滞后现象,减少了低速工况下爬行及高速工况下的黏滑振荡现象,提高系统的响应速度及跟踪精度。     

基于LuGre摩擦模型的简支板的振动动态响应分析

三点铰接一点简支的矩形板在支撑边界处是存在非线性摩擦力的,干摩擦阻尼力耗散系统一部分能量,减小板的振动响应。为了分析非线性系统在边界支撑处干摩擦阻尼对系统的振动振幅的影响,建立板在激振力的作用下弯曲变形的非线性动力学模型以及板边界处干摩擦阻尼的摩擦模型,借助于Galerkin法将系统转化非线性常微分方程,通过辨识不同的摩擦参数,数值仿真分析不同情况下板的横向振动的振幅变化。     

基于修正黏性摩擦LuGre模型的比例多路阀摩擦补偿

为减小摩擦对比例多路阀性能的影响,提出基于修正黏性摩擦LuGre模型的比例多路阀摩擦特性分析、模型参数辨识以及摩擦补偿方法。通过实验测试间接得出摩擦数据,运用数据拟合方法辨识出修正黏性摩擦LuGre模型的静态和动态参数。基于辨识参数设计出修正黏性摩擦LuGre模型摩擦状态观测器,将观测器摩擦信号输出量反馈到控制模型输入端,减小摩擦对比例多路阀性能的不良影响。仿真结果表明,基于辨识参数的修正黏性摩擦LuGre模型摩擦补偿方法可提高比例多路阀的位置跟踪精度。     

基于LuGre摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统设计

牙科CT在拍摄X光片时,牙科CT转台需要低速运转。在低速运转时摩擦带来的非线性最严重,为解决非线性摩擦,提出将摩擦模型前馈补偿与模糊PID结合实现对转台的控制。摩擦模型选用LuGre,并对摩擦模型参数离线辨识,确定出牙科CT转台的摩擦模型,在Simulink软件中分别对摩擦模型和模糊PID控制器进行封装建模,搭建了基于LuGre摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统。通过仿真验证了采用该控制系统避免了位置跟踪平顶、速度跟踪过零时出现‘死区’等缺陷,并且跟踪误差很小、响应快,稳态稳定。通过实验验证了采用摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统定位精度高,证明该控制系统的设计能很好地解决低速运转时摩擦带来的非线性问题。     

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LuGre摩擦模型的液压缸爬行现象研究

为了分析液压缸的爬行现象,建立了基于LuGre摩擦模型的阀控缸数学模型,并借助Matlab进行仿真分析。通过相平面法研究阀口开度、液压弹簧刚度、非线性摩擦力、供油压力等参数对液压缸爬行现象的影响规律。研究表明:当阀口开度增加到11%以上,鬃毛刚度减小到8×10~7N/m以下,鬃毛微观阻尼系数减小到2×10~3N·s/m以下,Stribeck速度减小到0.007 m/s以下,供油压力增加到8 MPa以上,液压缸都不会产生爬行现象;增加液压弹簧刚度或者减小动静摩擦差异均有助于避免爬行现象的产生。     

精密实验平台的非线性摩擦建模与补偿

非线性摩擦是影响高精度机械伺服系统动静态性能的主要因素之一。针对精密实验平台随行程位置不同表现出不同的摩擦特性,提出了一种基于LuGre模型的改进型摩擦建模方法,以速度和行程位置信号作为模型的输入变量,并用遗传算法对该模型的动静态参数进行辨识。基于改进型摩擦模型,分别通过精密实验运动平台及其相应的伺服仿真平台进行了摩擦现象和摩擦前馈补偿的实验和仿真。实验结果表明,摩擦补偿后的跟踪误差值约为补偿前的1/3,系统的静差也由原来1.4μm减小到0.4μm,与仿真平台摩擦补偿前后的现象基本一致。该改进型LuGre摩擦模型能直观、精确地描述实验平台的摩擦特性,基于该摩擦模型的前馈补偿减小了系统的跟踪误差,提高了系统的定位精度。     

基于区间分析的LuGre摩擦模型参数辨识方法

针对LuGre摩擦模型参数耦合、动态参数辨识困难等问题,提出一种基于区间分析的LuGre摩擦模型动态参数辨识方法。首先,简要介绍了边界误差估计方法及其在系统模型为常微分方程时系统参数辨识中的应用,然后,基于两步法思想,分别采用最小二乘法和基于区间分析的边界误差估计方法对4个静态参数和2个动态参数进行了辨识。该方法有效避免了采用传统非线性辨识方法辨识LuGre摩擦模型动态参数时初值确定困难、对辨识结果影响大以及显性目标函数不易给出等缺陷,同时,辨识得到的参数为全局最优。最后通过实例验证了该方法的正确性和有效性。     

机器人关节摩擦建模与补偿研究

为了降低温度变化导致机器人关节摩擦补偿失效、跟踪精度降低的问题,提出一种考虑温度变化的Stribeck摩擦改进模型。通过非线性最小二乘法建立系统参数辨识模型,利用L-M (Levenberg-Marquardt)法对该模型进行迭代求解,建立温度影响下的非线性Stribeck摩擦模型。为验证模型的有效性,引入基于摩擦模型的前馈补偿方法,设计了机器人关节的轨迹跟踪实验。实验结果表明,改进的Stribeck摩擦模型能够准确地描述不同温度下摩擦的变化规律;与基于常规Stribeck摩擦模型补偿相比较,该模型的应用能进一步提高六轴机器人关节跟踪精度。     

遗传算法与LuGre摩擦模型的非线性摩擦力观测器设计

广泛存在于机械系统中的摩擦现象在系统处于低速运动时会表现出复杂的强非线性特征,将大幅度降低系统位置控制性能,因此需要将摩擦现象进行模型化分析并纳入系统特性。对常见的摩擦模型进行了介绍和分析;并以能够较为全面描述摩擦现象丰富特性的LuGre摩擦模型作为基础,讨论并分析了其数学特性;采用遗传算法对其6个未知参数进行识别,设计了一种非线性摩擦力观测器。通过仿真与试验,对遗传算法的有效性和摩擦力观测器的效果进行了验证。试验表明,提出的摩擦观测器与传统摩擦模型相比,能使系统跟随滞后量减小40%,实现系统理想的控制性能和轨迹跟踪精度。     

电液位置伺服系统的摩擦补偿及仿真研究

对卷取机踏步控制模型液压位置控制系统进行分析并补偿摩擦力，从而提高系统的低速性能。对采用传统PID控制和基于新型摩擦模型建立摩擦观测器进行摩擦补偿，Simulink进行仿真研究。通过仿真结果可以看出，电液位置伺服系统采用PID调节再加上摩擦补偿比单纯采用PID调节时的系统的性能明显改善了，能够实现系统低速运行时的稳定、快速和准确跟踪。     

新型摩擦模型的参数辨识及补偿实验研究

针对影响运动控制性能的非线性摩控因素,对一种新型摩擦模型的参数辨识及其基于摩控模型的补偿进行了实验研究,详细地给出了摩控模型参数的辨识步骤及补偿算法,实验结果表明,此辨识方案及补偿算法可以应用于工业的高精度运动控制中。     

基于LuGre轮胎动力学摩擦模型的路面估计与车辆自适应制动控制

为了实现车辆的制动最优控制,利用LuGre轮胎动力学摩擦模型,建立车辆的系统动力学模型,首先分析模型参数对地面附着系数与滑移率关系曲线的影响,明确所需估计参数;然后对输入压力采取增压、保压、减压三种方式,在车速、轮速、纵向加速度可测的情况下,采用参数自适应算法在线估计路面参数,并基于滑移率设计制动控制器;最后运用simulink实现车辆的制动过程仿真,得到不同路面的车辆制动输出响应曲线及路面参数估计值,结果表明基于该模型实现车辆制动控制,能使制动策略适应路面参数的随机及连续变化和地面附着能力随车速的变化情况,以提高制动效果.     

基于Stribeck模型的摩擦颤振补偿

针对摩擦力给气动比例系统带来的稳态误差和低速爬行问题,从实用角度来探索解决非线性摩擦力补偿的方法。基于粘弹性理论及Stribeck模型建立气动比例系统的摩擦数学模型。将该摩擦模型引入阀控缸系统的动态模型中,建立完整的系统运动模型。将高频低幅颤振信号叠加于系统中,对系统的摩擦机理变化以及稳定性的影响进行分析。理论分析表明,叠加合适的颤振信号后,系统的部分静摩擦力转化为动摩擦力,最大静摩擦力减小,响应速度提高,从而将系统的粘滑运动转换为一种平稳运动。试验发现,当颤振信号频率为系统固有频率的3.3倍,系统的定位精度由原来的0.516mm提高到0.284mm,滞后时间由原来的0.17s缩短为0.02s。证明对气动比例系统提出的摩擦颤振补偿理论是正确的。     

基于改进Dahl模型的自适应摩擦补偿研究

针对在伺服控制系统中普遍存在的摩擦现象所引起的低速爬行、跟踪误差、极限环振荡等问题,首先对伺服系统中常用的Dahl摩擦模型和LuGre摩擦模型进行了分析比较,介绍了一种改进的Dahl模型,该模型改善了摩擦环节的稳定性,并能描述滞-滑现象;然后基于Lyapunov稳定性分析的方法,设计了基于改进的Dahl模型的自适应摩擦补偿算法;最后对带有摩擦的伺服系统进行了自适应摩擦力矩补偿和PD控制补偿的仿真和实验。仿真和实验结果表明:改进的Dahl摩擦自适应补偿比PD控制补偿能更好地抑制伺服系统低速时摩擦所带来的干扰和影响,提高了定向、定位精度和系统稳定性。     

基于LuGre模型的液压缸摩擦力修正模型

通过分析液压缸摩擦力的诸多特性,基于LuGre摩擦模型,引入滑动油膜动态特性方程,建立一种液压缸摩擦力新模型。在Matlab/Simulink中搭建模型原理图,对新模型进行仿真,并与实测数据进行对比。研究结果表明:建立的液压缸摩擦力新模型能够反映实验中观测到的绝大多数摩擦特性,与实测数据吻合较好,可适用于各种精密液压系统的仿真与控制策略研究中。