【摘 要】
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非线性摩擦力是影响直线伺服驱动系统动静态性能的重要因素。随着科学技术的发展以及生产的需要,对直线伺服驱动系统的性能要求日益增长,而非线性摩擦力严重制约其发展。为此
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非线性摩擦力是影响直线伺服驱动系统动静态性能的重要因素。随着科学技术的发展以及生产的需要,对直线伺服驱动系统的性能要求日益增长,而非线性摩擦力严重制约其发展。为此,通过摩擦补偿技术来改善伺服系统的性能成为高精密伺服系统发展的关键技术,对摩擦补偿技术的深入研究有着很重要的现实意义。本文针对直线伺服驱动系统的非线性摩擦,通过实验回归的方法对摩擦参数进行辨识,基于辨识得到的摩擦模型进行补偿控制器的设计。首先,完成直线伺服驱动系统控制方案的设计。根据直线电机和驱动器的工作原理和物理定律推导出直线伺服驱动系统的数学模型,经简化综合处理得到整个被控对象的简易模型。之后进行系统辨识实验得到实验系统的模型参数,作为指导后续控制器设计的重要依据。其次,系统介绍了摩擦模型的发展状况,选择LuGre模型作为实验系统摩擦力的名义模型。分别设计合理的实验得到LuGre摩擦模型的静态参数和动态参数,最终得到实验系统摩擦力的参数模型,为后续摩擦补偿控制器的设计提供依据。再次,针对直线伺服驱动系统提出四种控制方案:基本PID控制、前馈摩擦补偿控制、基于干扰观测器的控制、前馈摩擦补偿与干扰观测器相结合的控制。前馈摩擦补偿以辨识得到的LuGre摩擦模型为参考依据,干扰观测器以系统辨识得到的系统模型为设计依据。在dSPACE实时控制系统中进行控制器的编程和实现,相关实验表明含有前馈摩擦补偿的控制可以有效改善速度跟踪在零速附近的抖动现象,而含有干扰观测器的控制的位移跟踪效果较优。最后,离线辨识得到的LuGre摩擦模型虽然一定程度上反映了摩擦力的复杂行为特性,但是摩擦模型的不完美,摩擦参数辨识的求平均,存在许多误差和不确定性,制约了摩擦补偿的性能。在原有模型中引入不确定变量,利用反演设计法进行自适应摩擦补偿控制器的设计,利用李雅普诺夫第二法验证其稳定性,自适应摩擦补偿控制器有效地提高了系统的精度。
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