基于观测器的伺服系统低速摩擦补偿分析

针对两种不同的非线性摩擦观测器,推导了基于无刷直流电动机非线性模型的零速度时间隔△Ｔ解析表达式,通过仿真证实,利用基于库仑摩擦模型的摩擦观测器可以有效地改善系统的低速控制性能。     

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。     

移动臂式服务机器人的鲁棒补偿控制

由移动平台和操作臂构成的服务机器人同时具有可移动性和操作性,但移动平台和操作臂之间存在着耦合干扰,系统建模复杂.基于此,建立了服务机器人的标称模型,利用非线性反馈实现了系统解耦,提出了计算力矩加比例和微分反馈的控制算法.针对控制系统存在的建模不确定性和干扰,对已建立的控制律进行补偿,并采用Lyapunov方法确定补偿项,实现了移动服务机器人对期望轨迹跟踪的鲁棒控制.对移动平台系统和机械臂系统进行了仿真实验,实验结果表明,所提出的控制方案能实现对移动臂式服务机器人的鲁棒控制,验证了所设计控制律的有效性和正确性.     

第二编码器在机器人搅拌摩擦焊轨迹精度补偿中的应用

介绍了机器人搅拌摩擦焊的工作原理.针对机器人搅拌摩擦焊的轨迹偏移问题,采用第二编码器进行轨迹精度补偿实现解决,并应用发那科M-900iB机器人进行搅拌摩擦焊试验.试验结果表明,开启第二编码器轨迹精度补偿后,机器人搅拌摩擦焊的焊缝偏移量大大减小.     

基于多采样率控制的伺服系统摩擦补偿研究

摩擦是造成伺服系统在低速、速度换向等条件下精度严重下降的强非线性因素之一。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。在高速、高加速度的条件下,换向时摩擦变化剧烈,且过渡时间较短,采用单采样率控制补偿器结构很难实现较好的补偿效果,因此提出一种基于多采样率的摩擦补偿器结构。该补偿器利用伺服系统多环、多采样率的结构特点和指令轨迹细化方法,在不改变系统控制器结构和稳定性的条件下,通过分离前馈补偿器和反馈控制器的采样周期,以实现更为精细的前馈摩擦补偿量计算。实验结果表明,多采样率摩擦补偿器结构能够充分利用伺服控制器的结构特点和摩擦模型的预测结果,而且避免了复杂控制器的设计过程,取得了更有效的摩擦误差补偿效果。     

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%。     

半导体换流低速磁阻电动机的仿真建模

半导体换流低速磁阻电动机是一种结构简单,运行可靠的直接驱动低速大力矩电动机。由于电机定转子的双开槽结构,电机的电感不为常数。文章给出半导体换流低速磁阻电动机的一种包含可变电感的仿真建模方法。     

直线电机伺服系统的自适应模糊摩擦补偿

针对受摩擦力影响,接触运动的直线电机在低速运动时速度常会不平稳、系统控制精度降低的问题,提出一种自适应摩擦补偿方法.通过模糊模型参数的自适应调整,实现摩擦力值的在线估计,并据此进行摩擦补偿,以克服摩擦对电机性能的影响.该方法采用复合自适应律,同时利用系统输出误差与参数估计误差的相关信息进行参数调整,以提高模糊模型参数收敛的速度,使参数估计值在一定条件下收敛到最优值.并在理论上证明了该方法的闭环稳定性与参数收敛性.仿真结果表明,此方法能实现摩擦的在线估计与补偿,从而提高直线电机的控制性能.     

基于摩擦补偿的永磁球形电机自适应模糊控制

针对摩擦可能引起永磁球形电机控制系统品质恶化的问题,提出樽糊逼近的摩擦补偿自适应控制方案.首先,通过卡尔丹角(Carden)旋转,建立考虑摩擦项的转子动力学模型,分别基于已知模型和名义模型设计控制方案.基于名义模型的控制方案采用改进的模糊补偿自适应控制器分别补偿摩擦项以及系统不确定性因素,以减少模糊规则的数目,控制律参数基于李亚普诺夫稳定性理论自适应调节,控制方案保证了闭环系统的稳定性.仿真试验结果表明,该控制方案能有效实现对摩擦项等不确定信号的补偿,从而提高球形电机的跟踪控制性能.     

基于电压补偿的低速永磁电机谐波抑制控制策略研究

扭矩扳子自动化检定装置用低速永磁同步电机通常工作于300 r/min以下,由于电机本体气隙磁场畸变、逆变器死区时间、开关管压降等非线性因素,电机在运行过程中会产生高次谐波,引起转矩脉动,导致加载过程中输出扭矩波动,影响检定过程。针对上述问题,提出了一种针对低速永磁电机的谐波抑制控制策略,建立了低速永磁电机的谐波数学模型,采用电压补偿的方法,根据谐波数学模型计算谐波电压补偿量,并采用PI控制,对电机运行过程中的相电流谐波进行抑制,从而减小扭矩扳子自动化检定装置的转矩脉动。通过仿真表明,该方法可以显著降低谐波,从而减小电机输出转矩脉动。     

基于模糊神经网络的机器人自学习控制

研究了一种模糊神经网络与传统PD控制相结合的机器人学习控制系统,该控制系统具有自学习、自适应、控制精度高等特点。     

X-Y数控工作台的摩擦补偿控制

X-Y工作台是数控机床的关键功能部件,其定位精度和跟踪精度直接影响零件的加工精度和表面质量。针对非线性摩擦对工作台运动性能的影响,基于分段连续系统理论,提出了一种递归控制算法并对算法的收敛性进行了分析,该方法无需进行系统参数辨识和摩擦模型辨识,仅需通过位置测量信息即可实现对工作台的高精度控制。实验结果表明,所设计的递归控制算法能够有效补偿伺服系统中的非线性摩擦,实现了X-Y数控工作台的高精度控制。     

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。     

基于自调整模糊控制方法的摩擦补偿研究

针对使用表征摩擦的复杂的表达式使系统分析和基于模型的系统补偿难以实施，本文提出了一种基于参数和规则自调整的自适应模糊控制器的摩擦补偿方法，该方法能够有效地补偿摩擦给伺服定位系统所造成的不利影响。这种模糊控制器可根据系统参数的变化在线进行自动调整，从而增强了摩擦补偿的效果。所进行的数值仿真验证了本文得到的主要结论的可行性和有效性。     

基于模糊RBF神经网络自学习的不确定机器人模糊自适应控制

针对机器人系统的不确定、非线性特点，设计了模糊RBF神经网络控制器学习机器人系统的不确定性上界，并利用模糊推理机产生的分目标学习误差进行训练，避免了采用系统直接输出反馈误差进行训练所存在的权值饱和与过调整问题。此外，在反馈回路还设计了固定比例增益控制器FC，起着监督的作用，对系统实施渐近稳定的控制。仿真结果表明这种控制方案实现了对机器人系统的高精度控制。     

基于修正LuGre模型的反步自适应摩擦补偿控制

LuGre模型是一种常用的对伺服系统进行动态摩擦建模和补偿的模型。基于一种改进的LuGre模型,建立了伺服系统模型;利用反步自适应控制算法得到系统控制律,并构造Lyapunov函数证明了系统的稳定性;将控制结果方面与传统的前馈PID固定摩擦补偿算法进行比较。仿真结果表明该方法能有效降低摩擦因素的不利影响,且比传统的控制算法具有更高的跟踪精度。     

伺服系统的摩擦补偿

为了补偿摩擦的影响,提出了一个有效的基于观测器的补偿方案。摩擦会引起跟踪误差、自振荡以及滞-滑现象。摩擦的补偿离不了摩擦模型,对流行的LuGre模型和钳位型摩擦模型进行了对比分析。指出摩擦是一种自然现象,不可能用从速度v到摩擦力F的简单的单方向的信号流关系来完全描述。从这个意义上来说,LuGre模型并不是真正的摩擦模型,因此基于LuGre模型的观测器补偿方案并不是总能奏效的。提出基于扰动观测器的补偿方案,并进行了分析。因为带摩擦的系统的典型特性是滞-滑爬行和滞-滑自振荡,所以摩擦补偿的效果也就应该从这些非线性特性上来进行考察。分析表明,这种基于扰动观测器的补偿对自振荡有很强的抑制作用,并可消除低速下的爬行现象。     

基于模糊和预补偿的多电机控制系统的研究

针对传统固定增益补偿器同步精度低和补偿速度慢等缺点,提出一种模糊与预补偿函数同时作用的新型同步补偿器。同时,改变以往只针对同步补偿策略进行改进的局限性,采用提高跟踪控制器性能来改善同步性能的方法,设计了带有负载转矩反馈的滑模控制器。仿真实验表明,新型同步补偿器相对于固定增益补偿器具有更高的同步精度和更快的补偿速度;设计的带有负载转矩反馈的滑模控制器对整体系统的鲁棒性及同步精度都有较大改善。     

基于Stribeck摩擦模型的模糊PID控制在伺服系统中的应用

由于采用常规PID算法很难跟踪上基于Stribeck摩擦模型的伺服系统的输入信号,本文采用了模糊PID与传统PID控制相串联的方法,以飞行模拟台伺服系统背景进行仿真实验研究,结果表明,该方法设计简单,能对具有带摩擦的伺服系统进行有效控制,具有较强的鲁棒性和抗干扰性能,并明显优于常规PID控制的性能。