论文部分内容阅读
随着当今社会科技水平的飞速发展和《中国制造2025》发展战略目标的提出，在制造业领域，研发高精度和高效率的高档数控机床是今后的发展趋势，在XY数控平台加工产品零部件时，伺服系统作为运动控制系统主要的驱动部件，人们对于其轨迹跟踪精度有着较高的要求。然而，在XY数控平台实际工作中存在的机械振动、温度变化、编码器质量和非线性摩擦因素等都会对伺服系统的轨迹跟踪精度造成不利的影响，其中非线性摩擦因素是使得XY数控平台伺服系统在低速段轨迹跟踪性能恶化的主要原因，所以摩擦补偿技术在XY数控平台的运用显得很有现实意义。本文针对XY数控平台伺服系统中的摩擦环节分别提出了两种补偿方案，分别是基于遗传算法的PID前馈摩擦补偿技术和基于快速双幂次趋近律的滑模自适应摩擦补偿技术。 首先，基于摩擦力的产生与阶段归纳总结了摩擦力的几种动态特性，接着分别介绍了静态摩擦模型和动态摩擦模型的研究进展，然后针对XY数控平台伺服系统进行建模，根据电压平衡方程和电磁作用方程，将两者经过拉式变换后得到系统框图，将框图做简化运算后进一步得到系统动力学模型，最后结合LuGre摩擦模型通过Simulink仿真分析了伺服系统双向运行时，摩擦力非线性特性在低速运动段对系统的不利影响。 其次，为了克服在低速时摩擦力对于伺服系统的不利影响，在参数固定的情况下，遗传算法作为人工智能的方法用来辨识LuGre摩擦模型的参数，其中精英保留策略的运用使得遗传算法在参数辨识中避免过早陷入局部最优解，然后基于参数辨识的结果又结合了经典的PID控制提出了PID前馈控制摩擦补偿技术，新方法跟经典PID方法的对比中，仿真表明新方法在系统低速运动阶段具有更高的轨迹跟踪精度。 最后，在参数不确定的情况下，提出了基于快速双幂次趋近律的滑模自适应摩擦补偿技术，其中快速双幂次趋近律是指数趋近律和双幂次趋近律的线性组合，具有收敛速度快且抑制抖振的特点，也是目前在滑模变结构控制应用研究领域中的热点，双重滑模状态观测器用来观测LuGre摩擦模型中的鬃毛形变量，该结构能够灵活地处理其不同的非线性特性，具有更高的观测精度，自适应律通过Lyapunov稳定性理论得到，合适的自适应增益项来保证自适应律有界且收敛，在跟传统的指数趋近律滑模控制、经典PID控制和基于遗传算法的PID前馈控制的摩擦补偿仿真对比中表明其在低速运动段具有较高的轨迹跟踪精度，最后在前面研究工作的基础之上进一步地考虑了测量噪声的影响，验证的基于快速双幂次趋近律的滑模控制具有较强的鲁棒性。