基于Matlab机床控制系统非线性的仿真研究

为了研究控制系统中由于电机执行轴的静摩擦力矩大于动摩擦力矩而造成的摩擦非线性对系统性能的影响，构建了具有摩擦非线性特性的机床随动控制系统模型，通过Matlab仿真工具Simulink，完成对该控制系统仿真建模，给出高、低速不同输入下的系统输出轴的跟踪过程，并对其进行仿真分析和研究。结果表明，低速输入时摩擦非线性会使系统输出轴产生抖动，造成随动控制不能准确地跟踪目标。最后提出改善摩擦非线性对随动控制系统不良影响的几种可行性方法。     

直接驱动型机械手的变结构控制

针对直接驱动型机械手的随动控制问题,提出了一种基于滑动模态扰动观测器的变结构控制器.通过观测由系统的非线性、模型的不确定性和外来干扰所造成的广义扰动,将非线性、强耦合的机械手动力学系统线性化,并解耦为多个单输入、单输出线性系统.控制器的设计不再依赖于机械手的精确模型.在二连杆机械手上做的仿真研究表明,在负载大范围变化的条件下,采用滑动模态扰动观测器的控制系统,比全状态反馈的控制系统具有更好的鲁棒性.     

偏转线圈随动系统低速抖动的由来和防止

本文阐述了偏转线圈随动系统低速抖动产生的基本物理缘由,具体分析了随动系统的各个有关因素,从而认为非线性因素摩擦对低速抖动的形成及影响起着主要的作用。并根据低速抖动产生的基本原理和影响因素探讨了在生产和实践中如何减弱以至基本消除低速抖动现象。同时总结了某雷达产品偏转线圈随动系统中齿轮减速箱生产和装配的一些经验教训。     

数控机床进给系统摩擦动力学分析

提出了一种机床进给系统摩擦力检测实验方法。通过测量电机的输出扭矩,间接测量床负载受到的摩擦力矩,建立了机床进给轴的数模型。通过动力学仿真研究了系统在匀低速运行摩擦对位置和速度的影响,分析了机床在不同低运行时,摩擦对运行效果的影响,确定了“低速”的体范围。将仿真结果与实验结果进行比较,分析偏差产生的原因。     

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。     

神经滑模控制在转台伺服系统应用

以直流电机为执行机构,分析了飞行仿真转台伺服系统的数学模型。滑模控制具有对系统扰动和参数摄动的自适应性,可实现伺服系统的快速响应,同时有效克服低速状态下摩擦力矩的影响。系统抖振问题是滑模控制的突出问题,利用径向基神经网络的非线性逼近能力,给出以切换函数为网络输入,以滑模控制器为网络输出,构建了神经滑模控制器,软件仿真结果表明所设计的滑模控制器能达到较好的控制品质,有效的克服系统抖振和外部扰动,实现系统低速摩擦补偿。     

一种机器人单关节伺服系统的能耗研究

以伺服电动机和减速机为主体的机器人单关节伺服系统为研究对象,在实验和仿真的基础上,对该关节系统的摩擦模型、动力学模型以及能耗模型的建模方法以及模型的特性进行了研究。首先,将该单关节系统分解成由高速轴和低速轴构成的抽象模型,基于Lu Gre摩擦模型和lagrange方程法分别建立高速轴和低速轴的动力学模型。在实验的基础上,利用最小二乘法和频响法对Lu Gre摩擦模型的静态参数和动态参数进行辨识。为了降低参数辨识的难度,根据高速轴和低速轴摩擦环境的近似性,建立了单关节系统简化摩擦模型。通过仿真和实验的对比分析,结果表明:建立的摩擦模型能够很好地反映该系统的摩擦行为。建立了考虑摩擦和电动机热损耗因素的能耗模型。通过实验和仿真分析,该动力学模型和能耗模型能够准确地反映关节伺服系统的力矩行为和能耗行为,从而为后续建立机器人多关节伺服系统的能耗模型和能耗优化控制提供理论基础。     

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。     

基于Matlab/Simulink的某型舰炮随动系统的建模与仿真

论文针对某型舰炮随动控制系统进行研究:首先分析舰炮随动系统组成及工作原理;其次对随动系统各部分进行分析以及数学模型的建立,搭建随动控制系统仿真模型;最后通过Matlab/Simulink软件构建出了系统的仿真控制框图并进行仿真分析。     

火炮随动系统中传动机构的非线性问题分析

研究了火炮随动系统齿轮传动机构的传动误差和摩擦力矩两非线性因素。齿轮的传动误差给系统带来了滞后相角，使系统的稳定裕量降低。利用描述函数法分析了齿轮传动误差给随动系统带来的影响。Ｉ型随动系统在不大的增益情况下，可以稳定，提出了改善措施。分析动摩擦力矩和静摩擦力矩大小不等给随动系统带来低速爬行现象。指出改善齿轮传动的润滑条件。采用双极式ＰＷＭ控制方式和带有负载观测器Ｈｚ的鲁棒控制系统，提高快速性克服动     

Grey Relation between Nonlinear Characteristic and Dynamic Uncertainty of Rolling Bearing Friction Torque

The rolling bcaring friction torque which is characterized by its uncertainty and nonlinearity affects heavily the dynamic performance of a system such as missiles, spacecrafls and radars, etc. It is difficult to use the classical statistical theory to evaluate the dynamic evaluation of the rolling bearing friction torque for the lack of prior information about both probability distribution and trends. For this reason, based on the information poor system theory and combined with the correlation dimension in chaos theory, the concepts about the mean of the dynamic fluctuant range (MDFR) and the grey relation are proposed to resolve the problem about evaluating the nonlinear characteristic and the dynamic uncertainty of the rolling bearing friction torque. Friction torque experiments are done for three types of the rolling bearings marked with HKTA, HKTB and HKTC separately; meantime, the correlation dimension and MDFR are calculated to describe the nonlinear characteristic and the dynamic uncertainty of the friction torque, respectively. And the experiments reveal that there is a certain grey relation between the nonlinear characteristic and the dynamic uncertainty of the rolling bearing friction torque, viz. MDFR will become the nonlinear increasing trend with the correlation dimension increasing. Under the condition of fewer characteristic data and the lack of prior information about both probability distribution and trends, the unitive evaluation for the nonlinear characteristic and the dynamic uncertainty of the rolling bearing friction torque is realized with the grey confidence level of 87.7%-96.3%.     

基于遗传算法的伺服系统摩擦模型参数辨识

文章研究受摩擦因素影响的伺服系统的摩擦模型参数辨识问题,该系统具有未知负载特性和非线性摩擦,给摩擦模型参数辨识带了较大的困难。首先将系统的输入力矩分解为线性力矩和非线性摩擦力矩,其中线性力矩部分用于驱动负载转动,非线性摩擦力矩用于克服摩擦作用;然后基于Stribeck摩擦模型,采用遗传算法进行参数优化。在直流伺服系统上的仿真结果显示了该方法的有效性。该辨识方法对系统已知信息要求较少且容易实现,具有很强的工程实用价值。     

Nonlinear robust dual-loop control for electro-hydraulic load simulator

This paper investigates on the high performance torque control of electro-hydraulic load simulator (EHLS). In order to suppress actuator׳s motion disturbance, a nonlinear robust dual-loop control scheme is developed, which consists of a open-loop nonlinear velocity feed-forward compensator and a closed-loop nonlinear deterministic robust torque controller. The main function of the open-loop compensator is to decouple actuator׳s active motion disturbance, whereas the torque loop controller aims at guaranteeing the dynamics performance of tracking torque reference. Besides actuator׳s motion disturbance, both the nonlinearity characteristics and friction problem of the EHLS system are taken into consideration in this paper. The effectiveness of the developed method are verified through comparative co-simulations and experiments.     

二次调节主动升沉补偿实验平台的摩擦辨识与补偿控制

以二次调节主动升沉补偿实验平台为研究对象,针对系统中存在的非线性摩擦转矩,提出摩擦辨识及补偿方案。首先,选用Stribeck模型描述系统摩擦,建立了包含非线性摩擦转矩的平台数学模型;其次,根据平台特点设计摩擦辨识策略,使用最小二乘算法辨识得到未知系统参数,在此基础上拟合Stribeck曲线获取摩擦模型参数;然后,通过摩擦前馈和非线性PID实现摩擦补偿控制,提高升沉补偿精度;最终,实验验证了所提方案的有效性。     

大型天文望远镜摩擦传动系统低速特性的研究

研究了大型天文望远镜摩擦传动系统的运行原理和特性,并进行了实验。结果表明,影响摩擦传动低速稳定运行的因素很多,主要有:编码器的测量误差,环境变化引起的误差,摩擦力矩和电机波动力矩等引起的误差,以及加工制造和安装引起的误差。另外在整个传动链中其它部分的摩擦力矩也不可能是一个定值,也存在力矩波动。结果还表明,利用非线性PID控制算法增益参数非线性变化的特性,可以使得控制系统既能达到响应速度快,无超调的目的,又能增强抵抗影响摩擦传动低速稳定运行因素的能力。实验中,低速可以达到0.2″/s,位置精度为0.032″(RMS),证明了这种方法是行之有效的。     

基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法

根据数控交流伺服工作台进给系统从静止到宏观运动的过渡时间,和零速度时刻的指令加速度大小呈反比关系,区分摩擦力矩的预滑动区和滑动区,由此提出基于力矩值估计的摩擦补偿方法;在设定指令加速度后,基于命令力矩值的摩擦力矩模型,不需要测量速度就可以补偿工作台进给系统中的摩擦。同时,考虑到参数的不确定性,设计非线性摩擦自适应控制方案,对其稳定性进行理论证明。在交流伺服工作台进给系统上对基于摩擦力矩值估计的自适应前馈补偿方法进行验证。试验结果表明,基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法能实现在不同指令加速度下对期望轨迹的跟踪,并能大大提高系统的跟踪精度。     

转台伺服摩擦系统模糊滑模控制仿真

滑模控制是一种非线性控制策略,能够根据当前状态实现自适应的变结构运动,能够实现伺服系统的快速响应,并克服低速状态下摩擦力矩的影响。鉴于常规滑模控制有严重的抖振现象,系统通过引入柔性的模糊控制,通过模糊控制算法改变其切换增益,实现不确定项的消除。以直流电动伺服系统为被控对象,建立了其数学模型和摩擦模型,实现了基于切换增益的模糊滑模控制器的设计,软件仿真结果表明论文所设计的滑模控制器能达到较好的控制品质,有效的克服系统抖振,实现系统低速摩擦补偿。     

电磁轴承系统动力学行为与辅助轴承性能的关系研究

Auxiliary bearings(ABs) are important backup and safety components in active magnetic bearing(AMB)systems. The performance of ABs significantly affects the reliability, safety, and serviceability of the AMB system and the rotating equipment. Research on the dynamic behavior during the touchdown process is crucial for analyzing the severity of the touchdown and the behavior is closely related to the performance of the AB. In this paper, a friction torque coefficient is introduced to evaluate the performance of AB and the touchdown process is simulated and evaluated with various values of this coefficient with a detailed rotor-AB model of a vertical AMB system. The results show that large friction torque coefficient will result in undesired backward whirl of the rotor and catastrophic large load on the AB.Based on these results, this paper suggests that large friction torque coefficient of AB should be avoided in practice.     

旋转导向钻井惯导平台动力学分析与运动研究

将受到井下复杂扰动力矩作用的惯导伺服平台稳定控制在某一特定方位角度,是推靠式全旋转导向钻井系统实现准确导向的关键,但该平台对作用力矩非常敏感,小的扰动即可使其振荡失稳甚至单向旋转。通过对平台主要作用力矩的分析,建立一个考虑摩擦、水力冲击、质量分布偏心、安装误差偏心和涡轮电动机电磁作用等作用力矩的非线性动力学模型。基于该模型,仿真分析平台在无扰动和复杂扰动下的运动,得出了平台结构和扰动作用参数对平台运动影响的一般规律,水力驱动下的力矩测试试验验证了动力学分析的合理性。这些工作为改进系统机械设计和平台控制方法研究奠定了基础。     

Optimal filtering and Bayesian detection for friction-based diagnostics in machines

Non-model-based diagnostic methods typically rely on measured signals that must be empirically related to process behavior or incipient faults. The difficulty in interpreting a signal that is indirectly related to the fundamental process behavior is significant. This paper presents an integrated non-model and model-based approach to detecting when process behavior varies from a proposed model. The method, which is based on nonlinear filtering combined with maximum likelihood hypothesis testing, is applicable to dynamic systems whose constitutive model is well known, and whose process inputs are poorly known. Here, the method is applied to friction estimation and diagnosis during motion control in a rotating machine. A nonlinear observer estimates friction torque in a machine from shaft angular position measurements and the known input voltage to the motor. The resulting friction torque estimate can be analyzed directly for statistical abnormalities, or it can be directly compared to friction torque outputs of an applicable friction process model in order to diagnose faults or model variations. Nonlinear estimation of friction torque provides a variable on which to apply diagnostic methods that is directly related to model variations or faults. The method is evaluated experimentally by its ability to detect normal load variations in a closed-loop controlled motor driven inertia with bearing friction and an artificially-induced external line contact. Results show an ability to detect statistically significant changes in friction characteristics induced by normal load variations over a wide range of underlying friction behaviors.