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。     

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。     

摩擦条件下面向控制的伺服系统辨识相关分析

面向控制的系统辨识,是以控制器设计为目的而建立系统数学模型的过程。模型的准确性直接影响到控制器的分析与设计。相关分析方法由于其对噪声的强抑制能力和可以直接辨识出系统的时域离散差分模型,至今仍有着广泛的应用。而现实情况中,系统都是本质非线性的,线性化的假设通常会显著地降低系统模型的准确性。本文分析了摩擦对伺服系统的影响,对已有的相关分析法激励信号进行补偿,分析和推导得出补偿后的激励信号参数,给出具体地操作步骤。实验结果证明,此方法可以较好地改善不能忽略摩擦的条件下,面向控制的伺服系统辨识准确性。     

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。     

加速度反馈在改善电动伺服系统扰动响应的应用

电动伺服系统在设计过程中,由于谐振、噪声、稳定性等问题的影响,系统回路增益和带宽都受到了限制,这导致系统扰动响应变差。针对这一问题,研究了使用加速度反馈来提高扰动响应,通过状态观测器来获取加速度。最后通过仿真,验证了所提方法的有效性。     

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。     

高精度位置伺服系统的鲁棒非线性摩擦补偿控制

对含非线性摩擦环节的位置伺服系统，提出一种基于Lyapunov直接法的非线性鲁棒控制算法，在非线性摩擦函数未知和系统参数时变的情况下，使跟踪误差趋于零，并以转台伺服系统为例进行数值仿真，结果表明该方法有效，且有很强的鲁棒性。     

伺服系统在摩擦条件下的模拟复合正交神经网络控制

在数字复合正交神经网络的基础上提出一种模拟复合正交神经网络,并用于非线性伺服系统控制中.在带有非线性摩擦力矩的直流电机飞行模拟转台伺服系统中,控制系统是基于PD控制加神经网络前馈控制的并行控制方法,使用神经网络是用来消除非线性摩擦力矩的影响.通过数字复合正交神经网络的连续化算法处理获得了一种模拟复合正交神经网络,并作为前馈控制器.用并行控制与单一的PD控制对带有非线性摩擦力矩的直流电机伺服控制作了仿真研究.仿真结果表明复合控制比单一的PD控制具有实时性好、响应速度快、跟踪精度高,位置与速度跟踪控制获得了满意的效果.该模拟神经控制器能用于不确定对象的控制,为不确定系统控制提供了一种新的途径.     

交流伺服系统的滑模变结构加速度控制法研究

本文提出了一种交流永磁同步电机伺服系统的变结构加速度控制法。通过对变结构系统进行加速度控制，可以大大削弱变结构控制产生的抖动，提高运行的平稳性和定位精度，减少能耗。理论分析和实验结果表明，本方法解决了变结构控制在原点附近和恒速运行区段中的抖动问题，而且结构简单，按照精度要求可方便地调节控制参数。     

一种改善交流伺服系统转速检测性能的方法

介绍了为改善直接力矩控制系统的低速性能，采用Ｔ／Ｍ测速方法，并利用锁相环和ＧＡＬ器件编程技术设计了倍频电路，从而拓宽了测速范围，保证了测速严谨，为改善系统的低速性能奠定了良好的基础。     

Adaptive friction compensation with partially known dynamic friction model

This paper illustrates the application of a model-based adaptive friction compensation on a DC motor servomechanism. The dynamic friction model and the control structure studied previously by the authors were used as a basis for this study. The paper first proposes a two-step off-line method to estimate the nominal static and dynamic parameters associated with the model. Then two adaptive globally stable mechanisms are introduced to deal with structured normal forces and temperature variations. Assuming that a nominal friction model is known and that the friction variations can be suitably structured, adaptation is performed on the basis of only one parameter. The paper presents experimental results validating the identification of the dynamic friction model and the adaptive control scheme. These results show that the adaptive loop improves over a fixed compensation scheme and over a PID controller without friction compensation. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

Self-oscillating adaptive design of systems with dry friction and significant parameter uncertainty

Motion control systems with dry friction and high-order uncertain plants suffer from one or more limit cycles which can be predicted with describing function theory. In this paper quantitative design theory is presented to satisfy given frequency domain tolerances in these systems. The case of linear time-invariant (LTI) compensation is studied first. Then it is shown how, in those systems with a limit cycle, self-oscillating design with an adaptive loop (SOAL) can be used to reduce the LTI compensator bandwidth for a large class of problems.     

改进LuGre模型的挖掘机器人摩擦补偿控制

非线性摩擦会降低挖掘机器人电液伺服系统的动静态性能,引起轨迹爬行、平峰和稳态误差等现象。经典LuGre摩擦模型仅与速度有关,内部鬃毛状态变量无法准确测量,无法全面描述复杂的挖掘机器人电液伺服系统摩擦特性。本文综合考虑电液伺服系统位置、速度和方向等信息,设计了一种改进的LuGre摩擦模型,同时引入速度阈值解决了弹性鬃毛平均变形状态观测器不稳定问题。其次,为了解决传统优化算法陷入局部最优解、收敛速度慢等问题,通过引入惯性权重、异步变化和精英突变操作改进基本粒子群优化算法,以精准快速辨识出改进LuGre摩擦模型中的6个未知参数。最后,结合辨识出的摩擦模型,基于结构不变性原理设计前馈摩擦补偿控制器,并在23吨挖掘机器人进行了正弦和三角波不同工况下的轨迹跟踪实验。实验结果表明,传统的比例积分微分控制器跟踪误差最大,三角轨迹最大跟踪误差达到了29.68 mm,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器仅为9.70 mm,误差减小了67.31%,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器可以有效提升挖掘机器人的轨迹跟踪精度。     

一种自适应摩擦补偿方法研究

首先针对非线性摩擦对伺服系统建模的影响问题,通过适当的实验设计,得到了一组标称非线性摩擦模型以及系统模型参数。在此基础上,考虑到运行条件以及环境的变化,综合了基于模型参考自适应控制的摩擦补偿控制器。最后,对上述方法进行仿真研究,结果表明,利用该控制器提高了系统的控制性能。     

用于高功率微波测量系统的干负载设计

设计一种用于高功率微波测量系统的大功率干负载。该负载采用高导热率的吸收材料作为吸收体,吸收体前部是契形的渐变结构。沿微波传播方向放置两个金属带,和主模TE10模相比,微波能量趋于均匀分布,提高负载的功率容量.波导外面的散热片采用强制风冷措施,有效效地把热量散发到空气中,整个负载结构简单紧凑。     

采用复合控制的直流力矩电机摩擦补偿

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和负载扰动,为提高转台位置跟踪精确度,采用复合控制方法进行摩擦补偿研究.在转台直流电机系统中,电机模型采用简化的二阶线性直流电机模型,摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的动态摩擦模型.补偿方法包含一个参数自适应律和CMAC神经网络,用于估计未知模型参数、辨识位置周期摩擦扰动并给与补偿.仿真结果表明,复合控制补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪,提高了转台位置跟踪精确度.     

Parametrization and adaptive compensation of friction forces

This paper considers adaptive controls of systems containing non-smooth non-linear friction forces. The idea is to divide the unknown friction force into two parts so that it can be parametrized by a model linear in parameters. Then linear adaptive techniques apply. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

GMDH‐based autonomous modeling and compensation for nonlinear friction in a table drive system

This paper presents a novel mathematical model‐based compensation algorithm for the nonlinear friction in table drive systems using Group Method of Data Handling (GMDH). In the proposed compensation, the nonlinear friction can be autonomously modeled as a polynomial expression of appropriate control state variables according to the process of GMDH and, as a result, the complicated structural modeling and its parameterization, indispensable in conventional model‐based strategies, can be completely eliminated. In addition, since the proposed GMDH‐based model can easily achieve the generalization ability for table drive condition, the robust compensation for friction can be attained against the change of drive conditions. The proposed algorithm has been verified by experiments using a table drive system of actual machine tools and proved the significant performance improvement in the trajectory control with velocity reversal motion. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(3): 58–66, 2001