电动舵机伺服系统的模型辨识及其校正

基于全数字化电动舵机的特点,本文提出了一种频率特性自动测试新方法,在此基础上对电动舵机系统的模型进行辨识,并对系统进行串联校正。首先使用数字控制器进行全过程自动测试并将数据上传计算机,再通过Levy法将测得的频率特性数据辨识为高精度的传递函数,辨识后中低频段的幅值最大绝对误差小于0.8dB,相位最大绝对误差小于1.1°,并在此基础上选用滞后超前校正器对系统进行校正,校正后系统带宽达到138 ,优于理论计算的124 。实验结果表明：频率特性测试自动化程度高、传递函数辨识较精确、系统校正方法得当,整个过程为研制性能优良的电动舵机伺服系统提供了理论依据和工程实现指导。     

无人机电动舵机伺服系统仿真与分析

分析了无人机电动舵机伺服系统各组成部分的原理,利用Matlab/Simulink工具建立了整个舵系统数学模型,并对舵系统的输出力矩、转速以及位置的动态响应进行了仿真。之后建立了舵系统的传递函数模型,对舵系统的稳定性指标进行了仿真分析。结果表明通过两种方式对电动舵机回路进行建模分析,有利于更全面准确的了解系统动态特性,减少了舵系统设计难度,增强了系统的可靠性。     

温度变化下的伺服系统非线性摩擦建模

针对机械伺服系统因温度变化产生的非线性摩擦变化,提出了一种反映温度因素的摩擦建模方法来实现对伺服系统的摩擦补偿。首先,分析了温度和摩擦的关系,并结合修正黏性摩擦的LuGre模型,讨论了该模型各参数与温度之间的关系。利用单隐层BP神经网络描述了随温度变化的各个参数,并确定了神经网络的输入、输出以及传递函数。然后,通过神经网络训练获得神经网络参数,从而得到与温度相关的摩擦模型。最后,改变运行条件,验证了提出的模型对摩擦的估计能力。建立的摩擦模型在不同运行条件、不同温度状态下的最大相对估计偏差小于2.5%,表明其能很好地估计系统摩擦力矩,满足高精度摩擦补偿。     

伺服系统线性特性和非线性摩擦的解耦辨识方法研究

针对伺服进给机构包含线性结构和非线性摩擦特性的特点,提出一种将线性模型和非线性摩擦特性进行分步解耦辨识的方法.首先分别确定伺服系统的线性模型和非线性模型,将伺服系统结构模型转化为线性模型加非线性摩擦反馈的结构.为了消除非线性摩擦力对线性模型的影响,采用2路同向非过零速信号对系统激励,利用2组系统输入和输出信号的差值作为线性参数的辨识数据对线性参数进行估计.获得线性模型后进一步利用系统稳态输出实现对非线性Coulomb摩擦幅值特性的估计.系统仿真和实验都证明了该辨识方法对提高伺服系统的辨识精度及控制器设计的有效性和可靠性.     

电动舵机减速器扭矩测量误差分析与补偿

减速器的扭矩输入输出特性是衡量电动舵机性能的重要指标.在测量实验中,由于机械安装,轴承摩擦和电机驱动器非线性等原因造成的误差会折算到扭矩测量结果中,导致扭矩测量误差并降低精度.以减速器为研究对象,通过动态方程建立电动舵机系统的数学模型,提出将扭矩测量误差进行分离,令机械安装与轴承摩擦作为已知的系统误差,最终得到电机驱动器误差的观点,采用基于最小二乘的曲线拟合算法,对实测静态和动态数据进行预处理从而对扭矩测量误差进行补偿.实验结果说明此方法能够补偿电机驱动器非线性引入的测量误差从而提高测量精度.     

基于改进Dahl模型的进给伺服系统摩擦特性与补偿研究

针对进给伺服系统存在非线性摩擦的问题,介绍了一种改进的Dahl模型,该模型改善了Dahl模型的稳定性且能描述滞-滑现象。基于该模型建立了考虑摩擦的系统综合数学模型,分析了摩擦对系统性能的影响;同时,对系统采用固定摩擦补偿,并利用遗传算法对摩擦参数进行了辨识。结果表明,改进的Dahl模型摩擦补偿有效地消除了系统因摩擦而产生的死区、平顶等不良现象,提高了系统的运动精度和定位精度。     

改进自抗扰控制谐波式电动舵机伺服系统

针对电动舵机系统的非线性、快时变等特点,提出了改进的自抗扰控制器以改善系统的位置跟踪性能。首先,给出电动舵机的系统模型及控制策略,分析了系统中非线性因素的影响;设计了改进自抗扰控制器,并利用现代控制理论给出了控制器参数的选择方法。然后,在舵机系统中进行仿真分析,验证了该控制器的可行性。最后,基于谐波式电动舵机对改进的自抗扰控制器与常规自抗扰控制器及PI控制器进行对比实验。实验结果表明:跟踪10sin(5πt)正弦信号时,改进自抗扰控制器能够消除位置平顶和速度死区,相位滞后为0.087 22rad;跟踪±1°~±15°角位置时,上升时间为9~18ms,超调量为0~7.25%,稳态均方差为0.007 60~0.010 83,性能明显优于常规自抗扰控制器和PI控制器。得到的数据显示该控制器减少了设计参数,位置跟踪超调量小,响应时间快,稳态均方差小,改善了舵机系统的动态和稳态性能。     

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。     

压电陶瓷执行器迟滞特性的广义非线性Preisach模型及其数值实现

压电陶瓷执行器的迟滞非线性不具有经典Preisach模型的次环一致特性,直接利用该模型对压电陶瓷执行器的迟滞特性建模会产生较大误差。为了提高压电陶瓷执行器的迟滞特性建模精度,在非线性Preisach模型的基础上推导得到适用于压电陶瓷迟滞特性的广义非线性Preisach模型,并给出简化分类计算公式。广义非线性Preisach模型将经典Preisach模型表示定理中的次环一致特性修改为次环等弦长特性,放宽了对描述对象的限制要求。实验数据表明,与经典Preisach模型相比,广义非线性Preisach模型预测位移的误差绝对值的最大值降低了0.22 μm,均方根误差降低了0.11 μm,能够更精确地描述压电陶瓷的迟滞特性。     

Jiles-Atherton模型的超磁致 伸缩驱动器磁滞补偿控制

研究了磁滞补偿控制的方法,建立了基于Jiles-Atherton模型的磁滞补偿控制系统。介绍了Jiles-Atherton磁滞模型的主要思想及其主要参数,对该模型反向运动时磁化强度变化与磁场强度变化的对应关系进行了分析,并在此基础上,提出了利用磁滞环的宽度,通过重新给定反向起始点的迭代初值,实现磁滞补偿的方法。实验结果表明:对于阶跃响应,采用磁滞补偿时没有延迟,且达到稳态时间比不进行磁滞补偿时缩短12 ms;对于正弦响应,采用磁滞补偿时没有延迟,且均方误差比不进行磁滞补偿时提高了0.19 μm,能有效消除磁滞的影响,提高定位精度。     

压电陶瓷执行器的类Hammerstein模型及其参数辨识

针对压电陶瓷执行器的迟滞非线性对压电陶瓷精密定位的影响,提出了应用类Hammerstein模型对压电陶瓷执行器进行建模的方法.建立了压电陶瓷执行器的迟滞模型并且描述其频率相关性.利用类Hammerstein模型把压电陶瓷执行器看成静态迟滞模型和动态二阶系统的串联,其中静态模型由分类排序的Preisach模型进行描述,二阶系统应用遗传算法辨识其参数.实验结果表明:加入二阶系统后,类Hammerstein模型对频率的相关性有较大增强,其误差相应地大幅降低,在800 Hz时平均绝对误差为0.339 2 μm;丽由Prcisach建立的迟滞模型的误差随着频率的增大而大幅增大,在800 Hz为0.888 1 μm.     

伺服系统两种低速非线性补偿方法的对比实验

在伺服系统中,对以摩擦力矩为主的低速非线性补偿,通常采用两大类方法, 一类是基于摩擦力矩模型的补偿, 另一类是不基于摩擦模型补偿.针对伺服系统中低速非线性干扰,本文给出了两种控制策略来抑制伺服系统的低速抖动,一是基于库仑模型的自适应低速抖动补偿,二是高增益的PID控制补偿.进行了实验分析和比较,结果是:基于库仑摩擦模型补偿的系统最小平滑速度为0.002 4°/s,此时跟踪随机误差峰-峰值0.695″;采用PID校正时的最小平稳速度为0.029 6°/s, 随机误差峰-峰值1.281 5″.得出了基于摩擦模型的自适应低速补偿控制结果优于传统的PID控制的结论,为研制出结构简单,性能优良的精密转台伺服系统提供了理论和实验依据.     

双环控制电动舵机系统的设计验证

针对空空导弹的电动舵机系统,提出了基于传动机构主模态的控制方案,并利用机构动态特性匹配和主模态法设计了双环控制系统。对曲柄滑块机构中的连杆进行分析,利用机构动态特性匹配和主模态方法将高阶多自由度动力学模型简化为二自由度自由转子模型。对二自由度模型与控制系统联合建模,分析机构在有无阻尼状态时谐振主频对系统开环截止频率的影响,确定了按照无阻尼状态进行系统设计更为可靠。最后,对传动机构进行了模态测试,确定了机构动态特性匹配设计方法的可行性。结合风洞测试数据在全弹道飞行平台上对含机构主模态的舵机系统进行了性能验证。模态测试结果表明:固支舵面第一阶扭转频率为1 210.47rad/s,传动机构(含舵面)第一阶扭转频率为1 148.17rad/s,与理论1 180.0rad/s结果一致。全弹道飞行平台外载荷验证显示:最大铰链力矩为6.8Nm时,舵面弹性转角为1.1°,舵机跟踪自驾仪指令最大误差为±0.1°,这些结果满足舵机系统对性能指标的要求。