基于LuGre模型的电液伺服系统摩擦力矩动态补偿

摩擦力矩是影响电液伺服系统低速性能的主要因素。本文分析了摩擦特性，并采用一种新的摩擦模型(LuGre摩擦模型)对系统中的摩擦力矩进行了动态实时补偿的仿真研究。为设计高精度、超低速电液伺服系统提供了途径。     

液压伺服系统的摩擦力分析及补偿研究

为了对液压位置伺服系统低速运行时的摩擦力进行研究并实现摩擦负载动态补偿,针对常见的液压位置伺服系统建立摩擦模型并设计摩擦观测器,通过仿真验证了该摩擦模型及动态补偿方法的有效性。仿真结果表明该新型摩擦模型和补偿技术具有良好的补偿效果,能够动态、适时地补偿摩擦力,为设计高精度、超低速电液伺服系统提供了有效的途径。     

直流电机无抖动滑模位置控制

针对直流电机伺服系统中普遍存在的参数不确定性以及不确定性非线性等各种扰动,提出了一种基于扰动补偿的无抖动终端滑模位置控制策略,实现了直流电机伺服系统的高精度位置跟踪控制。系统模型考虑了非线性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性。所提出的全状态控制器对连续非线性摩擦进行了前馈补偿,进一步改善了系统的低速伺服性能;通过扩张状态观测器对未建模干扰等不确定性进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。同时,所设计的控制器还能保证系统状态在有限时间内趋于平衡状态,提高了系统的快速跟踪性能。最终,通过对比的仿真结果对其进一步工程应用具有实际指导意义。     

带有摩擦力矩的随动系统的控制研究

为了克服静摩擦与库伦摩擦给伺服系统带来的稳态误差和低速爬行问题,提出了一种复合伺服控制,这种控制是由PID控制与前馈控制组成。基于典型转台机械系统的动力学,设计了伺服系统的仿真模型。仿真结果表明,由所提出的复合控制构成的伺服控制系统可以基本消除系统低速爬行问题和提高系统稳态精度。     

直驱式船舶舵机系统的低速特性建模与仿真

船舶舵机系统是重要的船舶操纵设备,它的性能直接影响船舶的稳定性和安全性。采用直驱式容积控制(DDVC)技术,克服传统液压舵机系统效率低、噪声大的缺点,设计了高性能舵机液压系统。针对在低速情况下,直驱式舵机系统所受的摩擦干扰、容积和机械损失、转矩干扰,建立了直驱式船舶舵机系统模型,并且基于AMESim/Simulink的联合仿真对该系统在理想状态和低速状态下的特性进行分析。结果表明:系统中的摩擦、转矩干扰等非线性因素导致直驱式舵机低速运动时出现了爬行和死区现象,严重影响了系统运动的平稳性,需要通过相应的摩擦补偿控制来消除或减小其对低速性能的影响。     

二次调节力矩控制中的摩擦问题及其模糊控制补偿方法

本文对于二次调节力矩控制系统的摩擦现象及其模糊控制补偿方法进行了研究：给出了二次调节力矩控制系统的数学模型，用以进行摩擦现象及其补偿的理论和仿真分析；结合实验测试结果，建立了一个包含静摩擦、库伦摩擦、粘性摩擦和Stibeck效应等因素在内的摩擦模型，用以近似地反映现实中复杂的摩擦现象，这对于研究力矩控制时摩擦对于系统的影响非常有益。仿真和实验结果证明了摩擦模型的有效性；也证明了模糊控制器对于非线性摩擦补偿和提高系统的精度的有效性。     

基于LuGre模型的大型模锻装备低速摩擦补偿分析

由于非线性摩擦力的存在,大型模锻装备在低速运行时易出现速度不稳定、抖动、甚至爬行,致使其加工性能变差。通过对大型模锻装备低速部分进行建模并仿真分析,表明非线性摩擦力是影响大型模锻装备低速稳定性的主要因素。分别采用传统PID控制和基于Lu Gre摩擦模型建立的摩擦观测器加PID控制进行摩擦补偿,并在Matlab Simulink中进行仿真,仿真结果表明,大型模锻装备低速系统采用PID调节加摩擦补偿比单纯采用PID控制时系统的速度稳态误差降低了50%,其低速性能得到明显的改善,系统的快速性、稳定性获得明显的提高。     

飞机舵机电动负载模拟器非线性干扰补偿控制

针对飞机舵机电动负载模拟器存在多余力矩、摩擦及外部扰动等非线性干扰问题,重建飞机舵机电动负载模拟器数学模型,提出一种基于非线性干扰观测器的新趋近律滑模补偿控制。一方面,建立基于LuGre模型的摩擦观测器,通过反演法设计滑模控制器以补偿摩擦干扰、抑制多余力矩,同时设计新趋近律以减轻滑模抖振、缩短收敛时间;另一方面,设计非线性干扰观测器对外部扰动进行实时观测,以达到控制补偿目的。仿真实验发现,在20 Hz条件下,系统力矩输出幅值差为0.2%,相位差为0.04%,表明所设计控制器能够抑制多余力矩、减轻摩擦及外部扰动影响,有效提高系统跟踪精度。     

带动子质量补偿的高刚度直线伺服系统研究

为减少各种扰动对直线电机伺服系统的影响以获得更高伺服性能,提出一套带动子质量补偿的高刚度直线伺服系统控制方案。该方案在综合分析系统刚度主要影响因素的基础上,针对负载质量变化所引起的干扰,采用模型参考自适应算法辨识电机动子质量变动,并对其进行补偿;针对控制器增益过高引起系统稳定性下降问题,采用变增益PI控制使系统获得高刚度并保持良好稳定性。仿真结果表明系统具有良好动、静态性能,一定程度上解决了快速性和稳定性之间的矛盾。     

基于Simulink的液压油缸爬行仿真

爬行现象广泛存在于低速液压系统中,严重影响系统的精度与控制。本文建立了横向液压油缸低速运动下滞滑现象的动力学模型,并针对此数学模型搭建了Simulink仿真模型。仿真模型中运用了基本的摩擦模型,成功模拟了液压缸的爬行现象。     

带有摩擦前馈补偿的伺服控制器设计的研究

为了克服系统摩擦给系统带来的稳态误差和低速爬行问题，利用控制策略来补偿摩擦非线性对系统运动的负面影响是降低摩擦非线性负面影响的有效且节俭的途径。首先对交流伺服驱动的工作台进给系统进行了摩擦力测量实验，根据实验数据，建立了用于摩擦补偿控制的简化Stribeek摩擦力模型：由于XY工作台进给传动机构中存在的伺服滞后和摩擦是降低工作台位置跟踪精度两个主要因素，所以一个完整的前馈补偿方案应该包括两个部分：摩擦前馈补偿器和命令前馈补偿器。分别对命令前馈控制器和摩擦前馈补偿控制器进行了理论设计，借助于现有的GT-400运动控制器的功能，添加摩擦力补偿模块提升了工作台的跟踪精度，并和没有前馈补偿的传统控制器进行了对比研究，实验结果表明带有命令前馈和摩擦前馈的控制方案能取得更好的控制性能。     

自适应摩擦估计和补偿的电机伺服系统高精度控制研究

永磁直驱伺服系统由于摩擦和扰动的存在,无法满足系统准确性和稳定性的要求。基于此,提出采用自适应摩擦估计方法实现对系统中摩擦力矩的观测和补偿。建立直驱伺服系统的数学模型,设计了用于摩擦估计的状态观测器模型,为获得摩擦力矩的一般表达形式,通过多项式拟合,结合观测器输出,建立新的摩擦力矩一般表达式;提出一种具有补偿反馈和比例积分反馈的控制律,通过试验验证了提出的摩擦估计模型的有效性;开展了弦信号和方波信号下的试验研究。结果表明:所设计的控制方法能够有效估计和补偿系统中摩擦力,实现转角位置的高精度跟踪。     

连续回转电液伺服马达泄漏特性的研究

连续回转电液伺服马达的内泄漏可提高系统的阻尼比,但降低了系统的刚度及在低速运行时的抗干扰能力,内泄漏越大,摩擦干扰表现得越明显,导致马达在低速运行时出现低速脉动现象.为了改善连续回转电液伺服马达的超低速性能,分析了产生内泄漏的原因及其对低速性能的影响,建立了连续回转马达位置伺服系统的数学模型,通过泄漏实验研究,得到了在不同压差下,泄漏量及泄漏系数的变化规律,并通过摩擦和泄漏综合补偿的复合控制,改善了连续回转电液伺服马达的低速性能.     

挖掘机液压系统非线性摩擦的辨识与补偿

针对挖掘机电液比例控制系统受到液压缸非线性摩擦导致系统稳定性和控制精度降低的现象,提出利用改进粒子群算法和前馈补偿相结合的策略,对控制系统进行优化,以提高系统位移跟踪精度。建立电液系统模型,并用改进的Stribeck模型描述非线性摩擦。通过改进的粒子群算法对模型参数进行辨识优化,根据结构不变性原理设计出一种动态摩擦前馈补偿方法。在此基础上,进行正弦信号、高速工况和低速工况实验。实验结果表明：提出的Stribeck模型和摩擦补偿控制方法可以有效改善低速爬行和平峰现象,并使轨迹追踪精度提高45%左右。     

高精度工作台速度反向时摩擦补偿研究

在消除了丝杠导程、间隙等误差之后,进给系统中存在的摩擦是影响工作台运动控制精度的主要因素。由于摩擦的影响,导致工作台速度反向时产生爬行现象,从而使得误差突然增大。文章对摩擦误差产生机理和补偿方法进行了研究,从瞬态响应的视角揭示了摩擦误差产生的机理,通过数学推导精确计算出爬行现象的持续时间,以及由此导致的最大跟随误差。提出了一种零速对称式摩擦补偿方法,该方法在工作台的爬行时间内进行补偿,使工作台尽快脱离爬行状态,仿真结果表明该方法能够显著的减小爬行时间。     

基于不完全微分反演变结构控制的液压系统位置控制

液压伺服系统位置控制的结构和非结构的不确定性阻碍了其控制精度的提高。对于结构的不确定性,可以采用非线性自适应控制,以实现渐近跟踪性能。但在液压系统中,经常会出现如非线性摩擦此类非结构的不确定性,导致跟踪精度的降低。提出一种不完全微分反演变结构控制器,实现基于摩擦补偿的液压伺服系统的位置控制。该控制器以反演设计为基础,融入滑模变结构控制,利用滑模变结构在滑动模态下对控制系统参数变化和外部干扰的完全不变性,解决系统结构的不确定性问题;结合摩擦补偿,解决系统非结构的不确定性问题;引入不完全微分,弱化控制器的微分效应,减小纯微分突变信号带来的干扰,不完全微分产生的滤波效应可以抑制滑模变结构存在的抖振。从理论上证明了在各种不确定性存在的情况下系统的渐近跟踪性能,仿真实验验证了所提出的控制策略的高精度跟踪性能。     

干扰观测PID控制在电液位置伺服系统中的应用

针对电液位置伺服系统的特点及其性能要求,在传统PID控制基础上设计出一种基于干扰观测器的PID控制器.该控制器可以观测出等效干扰,并在控制中引入等效的补偿,可实现对干扰的完全抑制.在MATLAB环境下对该系统进行了动态仿真.仿真结果表明,该控制器具有很好的快速响应特性、较强的鲁棒性和较关键词:高的跟踪精度.     

基于鲁棒补偿龙门移动镗铣加工中心模糊控制

针对加工中心高精度、微进给直线电机伺服系统的特点,首先设计了鲁棒补偿器补偿直线伺服系统低速时参数变化、摩擦扰动以及非线性等不确定因素.然后,对双直线同步驱动系统采用模糊协调同步控制策略.通过设计的两通道间模糊协调控制器的调节作用,进一步克服了双直线电机伺服系统位置输出的偏差,以实现同步的目的.仿真结果表明,所提出的这种复合同步控制策略具有较高的同步精度,鲁棒性强,可以满足对加工中心对低速时同步的要求.     

基于多层神经网络的机电伺服系统积分鲁棒控制

针对含有模型不确定性的机电伺服系统,设计一种基于多层神经网络干扰补偿的控制策略。通过多层神经网络对与状态有关的干扰进行在线估计,以提高基于模型前馈控制输入的补偿精度,然后结合误差符号积分鲁棒(RISE)反馈控制方法,通过RISE的鲁棒增益处理神经网络逼近误差与未估计干扰,从而抑制干扰对伺服性能的不利影响。基于Lyapunov稳定性理论,证明了所提出控制器的闭环系统半全局渐近稳定,且系统所有信号有界。仿真结果表明：所提出的控制策略具有很好的干扰抑制能力,可显著提高机电伺服系统的跟踪精度     

转台伺服系统扰动估计与补偿控制

针对转台伺服系统负载转矩和系统参数变化大的特点,建立了伺服系统状态方程,设计了基于非线性PID控制器和非线性扩张状态观测器的系统模型。基于观测器估计系统输出角度、角速度及系统未知扰动,并用估计的系统未建模动态和未知外扰对系统进行补偿。仿真结果表明:基于该方法的补偿控制能提高转台伺服系统跟踪精度,在负载转矩变化大和较强外界干扰条件下系统具有良好的控制效果。