基于改进遗传算法的LuGre摩擦模型参数辨识及补偿

针对非线性摩擦力对精密Z轴伺服装配臂的动静态性能的影响,基于Lu Gre摩擦模型,提出了一种改进遗传算法对LuGre摩擦模型参数进行辨识,实现了由"分步辨识"到"一步辨识"的转变,并将辨识结果陷入局部最优的概率从0. 3左右降低到了0. 1以下,高效地获取了全局最优辨识结果,辨识误差也从10%左右降低到了3%以内,提高了辨识精度;同时,在Z轴伺服装配臂系统下对LuGre摩擦力设计了前馈补偿器进行补偿,仿真实验表明,基于LuGre摩擦模型的前馈补偿可有效消除非线性摩擦力对精密伺服系统的影响,从而提高精密Z轴伺服装配臂系统的动静态性能。     

飞机舵机电动伺服系统的摩擦补偿控制策略北大核心

为了解决非线性摩擦力导致飞机舵机电动伺服系统的控制性能降低这一问题,提出了一种基于改进蜂群算法的系统摩擦辨识与控制策略。首先,引入LuGre摩擦模型对系统进行数学建模,提高模型的准确性;其次,利用tent混沌映射、自适应反向轮盘赌概率选择方法及动态位置搜索方法对蜂群算法进行改进,提高算法搜索能力的自适应性、全局搜索能力和收敛精度,进而提高摩擦模型参数辨识精度;最后,结合辨识后的摩擦模型设计复合控制补偿器以补偿系统运行时产生的非线性摩擦力。实验结果表明,改进蜂群算法方法可以使摩擦参数的辨识值更精确。同时在复合补偿控制器作用下,系统跟踪误差值由1.86 Nm降至0.23 Nm,减小了约87.6%,降低了摩擦力对系统性能的影响,提升了系统的控制精度。     

协作机器人关节摩擦特性辨识与补偿技术

为提高机器人的运动精度和换向过程的运动平稳性,降低换向过程中因摩擦引起的位置误差和速度波动,文章提出了一种基于改进库伦+黏性摩擦模型的补偿方法。该改进模型引入sigmoid函数克服了传统库伦+黏性摩擦模型在换向过程中的不连续问题;并采用恒速辨识方法实现了摩擦模型参数的精确辨识;在此基础上,利用前馈补偿技术实现了机器人关节摩擦特性的补偿。实验结果表明,文中提出的辨识方法能够有效的辨识出摩擦模型参数和基于模型的补偿算法明显降低了换向过程中的摩擦误差。     

工业机器人动力学参数的改进遗传算法辨识

为了准确辨识出六自由度工业机器人的动力学参数,提出一种基于改进遗传算法的参数辨识方法。构建牛顿-欧拉机器人动力学模型,明确反映各关节力矩与动力学参数的函数关系;通过改进遗传算法获取优化激励轨迹,并对机器人进行动力学参数的整体辨识,减少关节间耦合作用影响,避免多次识别实验环境不一致而产生的误差。最后采用最小二乘法计算机器人的动力学参数,解决因初始值选择不合理而导致辨识精度受限的问题。实验结果表明：此方法得到的最优激励轨迹能够满足约束条件,缩短优化时间,有效提高动态参数辨识的准确性和有效性。     

基于递推最小二乘法的SCARA机器人动力学参数辨识研究

为了提高SCARA机器人在工业场合中的工作精度,对其动力学模型进行分析是有效途径之一。建立机器人拉格朗日动力学方程并进行线性化处理,得到一组关节力矩和待辨识参数的线性表达式。选取有限项傅里叶级数作为激励轨迹模型,并使机器人启停时关节角速度和角加速度为零,确保机器人运行平稳。再将线性表达式中观测矩阵的条件数作为优化指标,并结合MATLAB优化工具箱,获得关节最优激励轨迹系数。最后通过递推最小二乘法获得待辨识参数,并代入关节力矩表达式中,并与实际采集力矩值进行比较,确定两者变化趋势。结果表明:实验能够获得较为理想的效果,经过辨识计算所得关节力矩可用作相关领域的动力学控制。     

基于摩擦模型的电动缸PID摩擦补偿控制研究

为改善伺服电动缸中非线性摩擦环节对其运动控制性能的影响,文章从控制角度出发,利用摩擦补偿控制策略对系统中的摩擦力进行补偿,以提高运动控制精度.首先建立了电动缸的动力学模型,然后基于LuGre摩擦模型利用PID控制算法进行了摩擦补偿控制器的设计,并采用遗传算法对摩擦参数进行了辨识,最后进行了仿真分析.通过仿真结果可以得出,增加摩擦补偿后,电动缸的位置跟踪精度有了很大的改善,验证了该摩擦补偿控制策略的有效性.     

一种新型LuGre摩擦模型参数辨识方法

针对Lu Gre摩擦模型参数难以辨识的问题,提出了一种一次性获得模型所有参数的新型快速识别方法,将Lu Gre模型构造为以速度为输入、摩擦力为输出的单输入单输出系统,求解出相应的Lu Gre离散递推方程,解决了参数辨识时鬃毛微位移无法有效检测的难题。在此基础上,通过遗传算法对给定的Lu Gre模型进行辨识实验,发现一次性能辨识出Lu Gre模型的6个参数,参数辨识误差最大为0.419%,具有较高的精度。通过Simulink对指定参数和辨识参数的摩擦力仿真对比可知,辨识出的参数可以较高精度逼近原始数据,最大力矩误差仅有0.14 N·m,验证了新型辨识方法的有效性。     

机器人柔性关节前馈力/位混合控制策略研究

针对机器人关节柔性引起的轨迹跟踪误差问题和末端执行器残余振动现象,在PD反馈控制律基础上,提出一种基于柔体动力学模型的前馈力矩补偿控制算法和后置多模态自适应输入整形算法前馈力/位混合控制策略。建立六轴工业机器人柔体动力学简化模型,在不附加关节编码器和外设的情况下进行柔体动力学参数辨识,再将动力学模型改写为力矩计算方程,经计算得到前馈力矩并加入控制律中进行补偿;计算前馈力矩所用的期望轨迹需经过输入整形器处理,考虑机器人系统的时变性问题,采用后置多模态自适应输入整形算法对期望输入位移信号进行命令整形,从而抑制末端的残余振动现象。结果表明：所提出的前馈力/位混合控制策略能有效减少轨迹跟踪误差,抑制机器人末端的残余振动现象。     

直线电机驱动进给系统摩擦力补偿研究

针对直线电机驱动进给系统跟踪小幅往复轨迹时,摩擦力造成较大的跟踪误差这个问题,开展摩擦力补偿研究。通过对不同位移幅值的往复运动实验数据进行挖掘,利用摩擦力位移曲线对摩擦特性进行描述,归纳成两类典型情况。在MS模型基本形式的基础上,构建了可涵盖这两类摩擦特性的MS模型扩展形式,并提出了线性化参数辨识方法和模型参数选择方法。采用实时性更佳的前馈策略进行摩擦力补偿实验。实验结果表明:由摩擦力造成的跟踪误差均方根下降了32.44%,最大值下降了47.73%,效果显著。     

基于改进SPBO算法的关节机器人动力学参数辨识

提出一种基于改进学生心理学优化(BSPBO)算法的机器人动力学参数辨识方法。通过Newton-Euler法构建关节型机器人动力学模型，设计符合运动约束的五阶傅里叶级数作为激励轨迹；引入SPBO算法并对其进行如下改进：增加Good Student分类在学生种群中所占比例、改善迭代过程中求解变量越界的处理方式，以提高算法的开发能力和全局探索能力，克服SPBO易陷入局部最优的缺陷；以具备关节力矩测量功能的机器人平台为对象，开展动力学参数辨识实验。结果表明：BSPBO算法的收敛精度更高、收敛速度更快，能稳定高效地完成各关节动力学参数的辨识。     

直线电机进给系统摩擦自适应补偿控制

为消除非线性摩擦干扰对直线电机进给系统定位精度的不利影响,提出一种基于LuGre摩擦模型的自适应补偿控制方法。建立直线电机进给系统的动力学方程,并在系统建模中引入基于自适应因子的改进LuGre模型;采用反步设计法的思想,利用李雅普诺夫第二法推导了自适应控制律;最后进行了半物理仿真实验。仿真结果表明:该自适应控制器应用于直线电机进给系统的摩擦补偿是可行的,有效提高了系统的位移定位精度和速度跟踪精度。     

基于半解析法的四足爬壁机器人关节扭矩估算

四足爬壁机器人的足端力和关节扭矩是机器人吸附力设计和关节电机选型的重要依据。在考虑重力和吸附姿态变化的情况下,利用有限元分析足端力和关节扭矩需要重复画网格和仿真分析,工作量较大。结合运动学、静力学和有限元分析提出一种简单且统一的半解析方法估算不同吸附姿态下四足爬壁机器人的足端力和关节扭矩。算例中利用半解析法计算得到84组数据并分析得到不同姿态下最大足端力和最大关节扭矩的变化规律,基于算例结果完成了机器人的吸附力设计和关节电机选型,最后实验测量了不同姿态下机器人的关节扭矩最大值。实验结果表明:机器人吸附力设计和关节选型合理,半解析法计算的最大关节扭矩误差小于8.86%。     

Friction drilling of cast metals

This study investigates the friction drilling process, a nontraditional hole-making technique, for cast metals. In friction drilling, a rotating conical tool is applied to penetrate work-material and create a bushing in a single step without generating chip. The cast aluminum and magnesium alloys, two materials studied, are brittle compared to the ductile metal workpiece material used in previous friction drilling research. The technical challenge is to generate a cylindrical shaped bushing without significant radial fracture or petal formation. Two ideas of pre-heating the workpiece and high speed friction drilling are proposed. Effects of workpiece temperature, spindle speed, and feed rate on experimentally measured thrust force, torque, and bushing shape were analyzed. The thrust force and torque decreased and the bushing shape was improved with increased workpiece temperature. Varying spindle speed shows mixed results in bushing formation of two different work-materials. The energy, average power, and peak power required for friction drilling were calculated and analyzed to demonstrate quantitatively the benefits of workpiece pre-heating and high spindle speed in friction drilling.     

基于MATLAB的高速重载斜齿轮时变摩擦力计算研究

为探究高速重载下斜齿轮时变摩擦力的求解计算与变化规律,基于最小弹性势能原理与动势能转化关系,提出一种时变载荷计算模型,并对时变接触线长度、摩擦因数等摩擦力参数模型进行计算与分析.运用切片法对时变摩擦力公式进行推导,并将计算结果与现有算法的结果进行对比分析.运用MATLAB软件对同一周期内高速重载工况下最大时变摩擦力的变...     

数控回转工作台摩擦片式刹车结构研究

分析数控回转工作台摩擦片式刹车结构的工作原理,利用悬臂梁在集中载荷下的挠曲模型推导摩擦片弹性系数和刹车扭矩的计算公式,并应用于实例计算。利用有限元方法校验摩擦片的弹性系数并计算回转工作台的扭转刚度。设计数控回转工作台刹车扭矩的检测试验,测试回转工作台在许用载荷和过载载荷条件下扭矩和形变的关系,验证回转工作台的刹车扭矩和扭矩刚度的计算结果。研究结果为数控回转工作台刹车结构的设计和机床整机调试提供依据。     

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。     

基于LSSVM和AFSA的摩擦焊接工艺参数优化

为了准确和快速确定最佳摩擦焊接工艺参数,提出了一种最小二乘支持向量机与鱼群算法相结合的摩擦焊接工艺参数优化方法。以摩擦时间、摩擦压力和顶锻压力3个主要摩擦焊接工艺参数为优化对象,焊接接头抗拉强度为优化目标,通过最小二乘支持向量机拟合优化对象与优化目标之间的复杂函数关系。首先进行焊接试验,以试验数据为样本对模型进行训练,然后用鱼群算法对模型进行优化,获得最佳摩擦焊接工艺参数。结果表明,该方法具有建模容易、求解快捷等优点,优化得到的工艺参数与正交回归优化的工艺参数相比,使焊接接头的抗拉强度提高了2.1%。     

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。