高精确度飞行仿真转台内框控制摩擦补偿研究

为了实现高精确度飞行仿真转台直流力矩电机驱动内框的低速伺服目标,提出了在输入前馈和闭环PID控制的复合控制基础上构建Stribeck摩擦模型的等效控制电压模型进行摩擦超前补偿策略.首先针对转台内框伺服特性分析设计了复合控制策略;其次针对常规基于Stribeck模型摩擦补偿方法的不足和实验法辨识模型参数难的特点,提出利用转台内框本身的部件直接测定摩擦超前补偿的控制电压模型,并给出了3个关键参数的测定办法;最后将设计好的控制器用于内框低速伺服.实验结果表明,系统响应幅值为0.03°,频率为0.000 5 Hz三角波时跟踪误差在95%时间内在0.000 1°内,并对其他形式信号也有很高的动态跟踪精确度,从而证明在以非线性摩擦为主的扰动条件下所设计的控制策略能实现内框高品质低速伺服.     

一种具有参数不确定性的直流电机系统鲁棒自适应摩擦补偿方法

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电机参数不确定性，为提高转台摇摆状态位置跟踪精度，提出了一种新的鲁棒自适应补偿控制器。电机中摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的LuGre动态摩擦模型。该控制器包含一个参数自适应律和等效PID控制律来估计未知LuGre模型参数和电机参数并给与补偿。最后Lyapunov方法和仿真结果证明该鲁棒自适应补偿控制器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，提高了转台摇摆跟踪精度。     

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。     

三轴飞行仿真转台自适应复合控制方法

针对三轴飞行仿真转台高精确度伺服系统中存在的由于系统模型参数变化,以及外部扰动、摩擦引起的不确定性和非线性,提出基于模型参考自适应的复合控制方案.该方案具有连续自适应、离散自适应和复合控制方法的优势,通过自适应增益的调整及数字前馈控制的引入,能够消除内外部干扰产生的误差,保证系统在宽频带范围内的跟踪性能和控制精确度.实...     

基于摩擦补偿的伺服转台自抗扰控制策略研究

摩擦非线性扰动是影响伺服跟踪系统控制性能的主要因素之一。为提高转台伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于Elastoplastic摩擦模型的改进自抗扰控制方法。首先,建立了转台伺服系统的状态空间模型;其次,采用Elastoplastic摩擦模型描述系统中的非线性摩擦扰动,并用遗传算法辨识了模型参数;最后,基于辨识获得的Elastoplastic摩擦模型,将位置误差和速度误差作为不同的参数分别应用到扩张状态观测器,设计了一种改进型自抗扰控制器。未引入摩擦补偿时的速度跟踪误差平均值约为0.0024 rad/s,而加入补偿后的速度跟踪误差平均值减少为0.00147 rad/s。仿真和实验结果表明,本文提出的控制方案能够提高转台伺服系统的跟踪性能,验证了所提出控制方法的有效性和鲁棒性。     

考虑模型不确定性的基于分解控制直流电机系统的摩擦补偿方法

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电机波动力矩，为提高转台摇摆状态位置跟踪精度，该文基于分解控制的设计方法提出了一种新的鲁棒自适应摩擦补偿方法。该设计具有积分形式的自适应补偿器来补偿常值的可参数化的摩擦模型不确定性，而设计鲁棒补偿器来补偿不可参数化的摩擦模型不确定性。最后综合两种补偿器形成完整的补偿控制律。Lyapunov方法证明了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪性能，仿真结果证实了该补偿方法对高精度运动曲线跟踪的有效性。     

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。     

电动加载系统多闭环复合控制

为了克服电动加载系统中存在直接影响加载精确度和动态性能的多余力矩强扰动以及电机、机构等非线性因素,提出了一种以转速闭环作为内环、力矩闭环作为外环,以及位置闭环作为外环补偿的复合控制策略,它能够对多余力矩和非线性因素进行隔离抑制。从系统的抗干扰性、鲁棒性等方面与传统单转矩闭环进行了理论分析和比较,转矩闭环采用模糊自适应PID控制算法,以提高加载系统的自适应能力。实验结果表明,与传统闭环控制效果相比,复合控制能够有效抑制多余力矩干扰,提高了力矩跟踪精确度和系统动态性能。     

重复控制在卫星转动部件动量补偿中的应用

针对卫星转动部件周期运动对姿态控制精确度产生的不利影响,通过补偿飞轮来抵消转动部件运动所引入的干扰.利用重复控制能够高精确度地完成周期信号跟踪或抑制周期性扰动的优点,在原有PID控制器基础上引入重复控制来提高补偿飞轮的角位置跟踪精确度.同时重复控制还可以抑制转动部件摩擦力矩引起的跟踪误差,进一步改善补偿系统的补偿效果.给出有效载荷的运动特性并依据Karnopp摩擦模型进行摩擦力矩分析.仿真部分给出补偿方案的仿真验证,仿真结果表明引入重复控制对补偿精确度的提高有很大贡献,能够抵消99％的角动量干扰.     

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。     

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.     

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...     

基于七阶EKF的永磁直线伺服系统变质量估计和扰动补偿

永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统易受摩擦力和推力波动等外部扰动的影响,为保证系统按照期望轨迹运动,需要对这些扰动进行补偿,而且系统质量信息的准确性对扰动补偿能力有很大影响。针对这一问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的变质量估计和扰动补偿方法。首先,建立与电机位置有关的扰动模型,作为扰动补偿器。然后,采用七阶EKF计算电机初始位置、估计质量的变化并反映到扰动补偿器中,同时通过自适应律整定扰动模型系数确保扰动模型与实际扰动保持同步,实现对系统的变质量估计和扰动补偿。实验结果证明了所提控制方案的有效性与可行性,明显提高了系统的位置跟踪性能和抗扰性能。     

高速大行程滚珠丝杠副智能测控平台的伺服控制

为了研究滚珠丝杠副的动态特性如定位精度、重复定位精度、速度及加速度跟踪、动态摩擦力矩、负载扰动、预紧力、疲劳性能、温升和机械振动等对滚珠丝杠副精度保持性能的影响,针对五轴联动加工中心高速大行程滚珠丝杠副设计了一套伺服电机+滚珠丝杠副高速运转、直线电机模拟负载扰动、多通道信号采集的智能精密测控试验平台;建立了测控平台时变参数不确定性和外力扰动的优化动力学模型;提出了基于遗传算法的自适应非线性PID双位置反馈的控制算法和速度、加速度前馈误差补偿的控制策略。试验结果表明,该控制策略具备小的跟踪误差、较强的抗干扰能力和稳定性,满足测控平台的试验需求。     

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。     

一种补偿动态摩擦的自适应模糊控制方法

机械系统的摩擦力精确数学模型很难建立，一直是人们所关注的问题。文中针对小型DC电机采用自适应模糊系统在线逼近摩擦模型并将辨识结果作为PD算法的补偿项。在控制方法上，文中采用了基于自适应模糊补偿的PD控制器．在系统证明上，从李雅普诺夫函数中导出了自适应参数并且分析了闭环系统跟踪误差的有界性。在算法实现上，利用Mauab对文中的方法及证明的有效性进行了验证。文中的方法也可应用到其它机械系统的摩擦补偿建模与控制上，如机器人系统。