基于切换系统理论的伺服转台摩擦建模与补偿

为了降低非线性摩擦因素对伺服转台的影响,提高系统的跟踪性能,本文提出了一种基于切换理论的伺服转台摩擦建模和补偿方法。该模型用LuGre摩擦模型和Stribeck摩擦模型分别表征在启动阶段和平稳运行工况下转台内部的摩擦特性。首先采用遗传算法分别辨识模型动静态参数,然后以转台速度和刚鬃形变的程度作为切换条件,基于切换系统理论获得的摩擦模型,最后在原有PID控制的基础上结合摩擦补偿,实现基于切换摩擦模型的复合控制。未加入补偿时的动态跟踪误差平均值约为0.01425 rad/s,而加上补偿之后速度跟踪误差平均值降低为0.00192 rad/s,对补偿前后的跟踪数据进行残差分析的结果也证明了该模型的有效性。实验结果表明该切换摩擦模型能直观、精确地描述伺服转台的摩擦特性,基于该摩擦模型的反馈补偿能减小系统的跟踪误差,提高系统的跟踪性能。     

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。     

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。     

基于自抗扰控制的伺服系统输出间隙补偿研究

间隙非线性具有多值性和方向性,普遍存在于伺服系统中,可严重影响伺服系统的控制性能。为此,本文采用自抗扰控制器对伺服系统的输出间隙进行补偿,以抑制间隙非线性对系统性能的影响。自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈控制律三部分组成,其中扩张状态观测器可对间隙引起的输出扰动进行估计,非线性反馈控制律则对估计出的扰动进行补偿。与相关研究相比,自抗扰控制器形式简单,易于工程实现,且具有较高的间隙补偿精度。仿真结果表明,上述方法是可行的。     

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.     

永磁同步电机非线性自抗扰复合型控制策略研究

针对传统采用线性反馈的自抗扰控制器在误差收敛速度方面的不足,结合自抗扰控制思想,采用扩张状态观测器和非线性误差状态反馈的复合型控制策略,利用扩张状态观测器(ESO)观测系统扰动并进行前馈补偿,再通过引入非线性误差状态反馈(NLESF)生成控制量,使系统能够兼顾跟踪性能和抗扰性能,提高误差收敛速度.给出线性反馈和非线性反...     

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。     

基于摩擦和扰动补偿的永磁直线同步电机滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统的位置跟踪精度易受摩擦力、负载扰动等不确定性因素影响的问题,采用基于摩擦和扰动补偿的非奇异快速终端滑模控制（NFTSMC）方法来设计位置控制器。首先,建立含有Stribeck摩擦模型的PMLSM动态模型,使用自然选择粒子群算法对摩擦模型进行离线参数辨识;其次采用NFTSMC方法来确保系统状态快速收敛,避免奇异问题,利用辨识的摩擦模型进行补偿;最后采用滑模观测器对总不确定因素进行观测和补偿,削弱了抖振现象。仿真验证了所采用的控制策略提高了位置跟踪精度,同时具有快速收敛性和较强的抗扰性。     

基于速度观测器的GMS摩擦模型辨识与补偿

摩擦是伺服系统在低速运动时精度降低的主要非线性因素之一。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,因此利用可全面描述系统摩擦力的GMS摩擦模型预测伺服系统的摩擦力。为提高此模型参数的辨识精度,设计了全维速度观测器提供反馈速度信息,克服低速时速度测量误差带来的影响;并基于此观测器,给出了GMS摩擦模型的参数辨识的实验方法。为验证所提出的摩擦补偿及辨识方法的有效性,在一新型的空间大型末端执行器的拖动系统进行了拖动实验。实验结果表明,通过此摩擦模型补偿,可使拖动系统的位置跟踪精度优于0.02 mm,与具有固定参数的Stribeck摩擦模型相比,位置跟踪精度提高超过30%。     

一种非线性自抗扰控制的PMSM速度控制策略研究

针对永磁同步电机伺服系统中存在的抗负载扰动能力差和转速超调等问题,提出一种基于非线性自抗扰控制的新型PMSM速度控制策略。通过分析伺服系统的扰动机理,在速度环将传统的PI控制器替换为非线性自抗扰控制器。通过跟踪-微分器将给定转速平滑化,克服了响应快速性和超调之间的矛盾,提升系统响应能力;通过引入二阶扩张状态观测器,对外部扰动进行估计并补偿,提高系统的抗干扰能力;通过非线性状态误差反馈控制律,利用“小误差大增益,大误差小增益”的非线性控制,提高系统的控制精度。仿真结果表明,系统具有响应快、无超调、抗负载扰动能力强的特点,对负载变化、转速变化具有较强的鲁棒性,验证了该策略的有效性。     

电励磁直线同步电机磁悬浮系统自抗扰控制

电励磁直线同步电机(EELSM)磁悬浮控制系统能够实现直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的稳态及其动态性能,考虑EELSM系统运行中受到不确定性扰动的问题提出自抗扰控制(ADRC)策略。根据EELSM的特殊结构和工作机理,推导EELSM系统的数学模型,包括励磁回路的电压方程、磁悬浮力方程和运动方程。设计三阶非线性自抗扰控制器(NLADRC),将悬浮方向上的外界扰动作为系统的“总扰动”,对总扰动进行估计和补偿,可以有效提高系统抗扰能力以及跟踪精度。由于NLADRC存在多参数的整定、以及物理意义不明确等问题,总结出非线性函数参数整定的规律。最后,建立ADRC系统的仿真模型。仿真结果表明,通过与PI控制器对比,采用ADRC的EELSM伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制扰动。     

基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统

设计了一种新颖的基于自抗扰控制器的永磁同步电动机位置伺服系统。该系统通过跟踪-微分器为给定位置信号提供一个过渡过程,克服了系统响应速度和超调之间的矛盾,使得系统响应快且没有超调;通过扩展状态观测器将系统的负载、转动惯量和定子电阻等参数变化带来的扰动观测出来并加以补偿,提高了系统的抗干扰能力;通过非线性状态误差反馈律实现了"小误差大增益,大误差小增益"的非线性控制,提高了控制精度。仿真结果表明,该系统具有响应快、无超调、稳态精度高的特点,对负载、转动惯量和定子电阻的变化具有很强的鲁棒性。     

基于扰动观测和补偿的PMSM伺服系统位置跟踪控制

针对存在参数摄动和外部扰动力矩的PMSM伺服系统位置跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测和补偿的滑模控制方法。采用扰动观测器估计系统参数摄动以及负载力矩,并在此基础上对等效扰动进行补偿,减小了模型不确定性对系统控制性能影响,系统的位置跟踪误差由0.85 rad减小到0.35 rad;在保证系统稳定性的前提下,去除了常规滑模控制中的不连续控制项,有效地减小了抖振。实验结果表明,与工程上常用的PID算法相比,基于扰动观测和补偿的滑模控制算法不仅能够显著提高PMSM伺服系统的位置跟踪精度,而且能有效地削弱抖振。     

基于ZPETC的雕刻机直流伺服控制系统设计

为了提高雕刻机的跟踪性能和定位精度,首先在其直流伺服控制系统设计中引入了零相位误差跟踪控制器(ZPETC),然后通过模型辨识、非线性摩擦补偿及干扰观测器的设计来克服ZPETC存在的对系统建模误差和参数变化敏感的缺点.在上述研究的基础上,采用TMS320F2812型DSP设计了集ZPETC、PD控制器及干扰观测器一体的直流伺服控制系统.实验结果表明:为雕刻机所设计的直流伺服控制系统不仅有鲁棒性强和抗干扰能力强的特点,而且有良好的定位精度和跟踪性能.     

高精度定位系统的摩擦力自适应前馈补偿

为了有效抑制机电系统摩擦力等外部扰动对系统动态性能的影响,针对直驱伺服系统中往复定位存在的摩擦力,提出了一种基于自适应前馈控制器的摩擦力补偿策略,此方法能够有效利用参考模型与被控对象的位置跟踪误差等信息,在线实时确定自适应控制率,在保证系统稳定的条件下,能够有效克服系统摩擦力及模型慢时变等引起的系统动态性能异常.针对直...     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

基于自适应摩擦补偿的复合非线性轨迹跟踪控制

伺服系统中存在的非线性摩擦环节,往往会使系统的性能受到影响。针对电机伺服系统,设计了一个复合非线性轨迹跟踪控制器,并通过降阶扩展状态观测器对未测量的速度和未知扰动进行估计。为了消除摩擦力带来的不良影响,在轨迹跟踪控制的基础上,加入了自适应摩擦补偿环节。先通过MATLAB进行了仿真分析,后将该方案应用于直流电机伺服系统进行试验验证。仿真与试验结果表明,该自适应补偿方案能有效抑制摩擦产生的不利影响,实现被控系统对目标轨迹快速准确的跟踪。     

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。