基于摩擦补偿的两轴直驱伺服进给系统自适应非线性滑模轮廓控制

为满足两轴直驱伺服进给系统的高精度加工要求,提出一种基于摩擦补偿的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法,以兼顾加工精度和响应速度要求。建立适用于大曲率轮廓加工的等效轮廓误差模型,同时考虑系统中存在的不确定性动态的影响,建立准确且能实时补偿的改进LuGre非线性摩擦力动力学模型。为提升两轴直驱伺服进给系统轮廓性能,设计基于非线性滑模面的ANSMCC方法,其中非线性滑模面包含轮廓误差分量,通过改变非线性滑模面中增益矩阵值的大小可实时改变系统的阻尼比,从而协调轮廓误差与系统响应速度的关系。实验结果表明,所提方法可以克服系统运行过程中不确定性动态的影响,准确跟踪大曲率轮廓曲线,提高轮廓加工精度。

音圈直线电机滑模变结构控制方法

为了消除音圈直线电机的非线性摩擦特性对系统定位精度的影响,利用机理建模方法建立线性模型描述音圈直线电机系统的幅频及相频特性并采用最小二乘法辨识模型参数。此外,采用摩擦力测试和牛顿第二定律得到系统的等效非线性项参数,利用辨识得到的线性模型与等效非线性项参数,设计了一种含有等效非线性控制项的滑模变结构控制器。实验结果表明,提出的控制方法能够改善音圈直线电机的定位精度,并提升了系统的动态性能。

非线性摩擦干扰下的电动舵机滑模变结构控制

针对电动舵机非线性摩擦干扰和传统滑模变结构控制高频抖振问题,设计了一个基于新型趋近律的滑模变结构控制器.仿真结果表明,所设计的控制器能很好地消除非线性摩擦所引起的低速"爬行"和"平顶"现象,并能有效降低抖振,改善动态品质.

转子/定子碰摩系统的非线性模态及其在干摩擦反向涡动响应预测中的应用

为了分析转子/定子碰摩系统中的非线性模态,确定交叉耦合效应对非线性模态的影响以及非线性模态在预测系统干摩擦反向涡动响应中的作用,针对一个考虑了定子运动学特性以及转子和定子间交叉耦合效应的四自由度转子/定子碰摩系统,用解析方法求解了其线性和非线性模态,分析了系统干摩擦反向涡动响应的涡动频率,确定了激发干摩擦反向涡动的临界速度与系统模态之间的关系。分析结果表明:系统存在2个负的线性模态频率;随着碰摩面摩擦系数的增大,其负的非线性模态频率由1个增加到3个;系统的2个负线性模态频率不但是相应非线性模态的边界,也是干摩擦反向涡动频率的上边界;非线性模态存在的最小摩擦系数就是发生干摩擦反向涡动失稳的最小摩擦系数。此项研究可为转子/定子碰摩系统的响应预测提供新的思路。

坦克炮控伺服系统的滑模非线性摩擦补偿控制

坦克炮控伺服系统存在低速摩擦,摩擦环节不但造成系统的稳态误差,而且导致极限环振荡、低速爬行等现象。提出基于Lyapunov稳定理论的滑模控制方法,通过Lyapunov稳定理论获得控制量,同时克服参数不确定性和补偿非线性摩擦力矩,从而保证跟踪误差渐进收敛。仿真结果表明该设计方法大大优于经典设计,为炮控伺服系统实际设计提供了一种可行的新方法。

电动舵机的一种自适应离散滑模控制方法

鉴于滑模控制对系统的非线性摩擦具有较强的鲁棒性,滑模控制是解决电动舵机低速非线性问题的一个较好的控制方法。但由于趋近率参数和离散控制系统采样时间的影响,使得传统的滑模控制方法存在较为强烈的抖振现象。为解决这个问题,文中基于Lyapunov理论设计了一种新型自适应离散滑模控制器,该控制算法可根据系统当前状态在线不断调整趋近率参数,有效地消除了控制过程中的抖振现象。给出了该算法的推导过程及稳定性证明,仿真结果进一步表明了该算法的有效性。

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。

基于摩擦信号的滑动轴承接触摩擦故障的状态监测

摩擦信号与固有振动信号混叠造成滑动轴承的接触摩擦故障诊断困难。针对此特点,在不分离摩擦信号的条件下提出了一种基于摩擦信号强度的接触摩擦故障监测方法。该方法首先结合EMD和非线性峭度确定摩擦信号发生的时刻,然后改进灰色B型绝对关联度以计算摩擦信号对相邻固有振动信号的冲击强度,以此衡量摩擦信号的相对大小,进而监测滑动轴承接触摩擦故障。仿真和试验证明了该方法的有效性,为监测滑动轴承故障提供了一种新思路。

机器人动力学模型识别新方法

准确的动力学模型在先进的机器人轨迹跟踪控制中扮演了一个非常重要的角色．通过分析关节的非线性摩擦力的特点,提出了一种新颖的机器人动力学模型识别途径．同时应用最小均方差方法和支持向量机算法,可以准确地识别机器人的线性和非线性耦合的动力学模型．对一自由度机器人系统的实验结果表明,相对于传统方法,其动力学模型的建模精度更高．

简谐力作用下含干摩擦单自由度系统振动控制

实际工程中有许多同时含有粘滞阻尼和干摩擦阻尼的振动系统,需要对其进行振动控制,以减少因此带来的结构损伤。推导了简谐力激励下,主振动系统为含干摩擦环节单自由度系统在进行动力吸振时的频响方程,依据该频响方程进行了仿真。结果表明,经过一个暂态过程后,主振动系统振动为零。运用此方法对某化工厂苯加氢管道振动进行了治理,使其加速度响应降到了原来的1/10,达到了较好的振动控制效果。

基于NDO的飞行模拟转台伺服系统跟踪控制

针对飞行模拟转台伺服系统跟踪控制问题,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturb-ance observer,NDO)的反推全局滑模控制方案。该方案利用NDO观测系统的参数不确定性及非线性摩擦干扰,通过选择适当的设计参数使观测误差指数收敛,进而对引入NDO的系统采用反推全局滑模设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,所提控制方案能够有效克服参数不确定性及非线性摩擦干扰的影响,实现了转角位置的精确跟踪,并且有效去除了控制抖振。

无人驾驶机器人机械腿非线性模糊自适应反演滑模控制

为了实现无人驾驶机器人机械腿位置精确跟踪及提高车速跟踪精度,针对机械腿受到的非线性干扰,提出了一种基于非线性干扰观测器的机械腿模糊自适应反演滑模控制方法.首先,通过对机械腿机构操纵踏板时的位置运动分析,建立了机械腿运动学模型,构建了考虑运动副非线性摩擦的机械腿动力学模型,描述了机械腿关节间摩擦力矩与相对速度之间的关系,求得了摩擦参数.接着,设计了油门/制动机械腿切换控制器和非线性干扰观测器.最后,针对观测误差以及其他不确定干扰,设计了模糊自适应反演滑模控制器,进行了李雅普诺夫稳定性分析.实验结果表明,所提方法有效削减了控制输出的抖振,且相较于未对摩擦进行补偿的情况,机械腿位置最大跟踪误差从5.5×10^-2 rad减小为1.1×10^-3 rad,最大车速跟踪误差从2.21 km/h减小为1.91 km/h.基于干扰观测器的机械腿模糊自适应反演滑模控制方法能够有效提高机械腿跟踪精度与车速跟踪精度.

基于摩擦和干扰补偿的转台模糊反演滑模控制

针对转台中的摩擦、建模误差等不确定性,采用基于摩擦模型和非线性干扰观测器相结合的补偿策略。首先对摩擦进行建模并通过遗传算法辨识模型参数,利用辨识的模型进行补偿;其次使用非线性干扰观测器对建模误差、摩擦的欠、过补偿等扰动进行估计,利用估计值做进一步补偿。采用反演滑模控制器,保证了系统的稳定性;利用模糊算法调整滑模控制的切换增益以降低"抖振"。仿真结果表明,该方法降低了摩擦等不确定性对系统的影响,减弱了滑模引起的"抖振",提高了系统的控制精度及抗干扰性。

滚珠丝杠式电动舵机系统非线性特性分析

针对速度反馈控制的滚珠丝杠式电动舵机系统,建立更加完整的系统模型,模型中充分考虑间隙和摩擦等非线性因素的影响,并通过数值仿真,观察分析不等间隙和摩擦对系统输出的影响规律;采用LuGre模型和死区模型分别描述电动舵机运行时的摩擦和间隙行为,然后根据传动链结构特点提出非线性研究方案,并根据此方案将非线性环节加入所建立的电动舵机二阶模型中,分别对间隙和摩擦的影响进行仿真分析;仿真结果表明,间隙和摩擦会使伺服系统产生跟踪误差,影响定位精度,甚至影响系统稳定。

基于非线性模态的复杂系统动力学特性分析方法

针对非线性问题计算方法复杂和计算时间冗长一直是动力学领域的难点问题,给出了一套简单、准确、高效的非线性模态分析方法,对于常见的非线性系统(如杜芬系统、干摩擦系统和非线性材料等)均适用,具有一般性。首先,给出所提方法的基本理论与分析流程;然后,以杜芬系统为例阐述了其在非线性实模态域的应用,以干摩擦系统为例描述了其在非线性复模态域的应用,以压电系统为例展示了其在多场耦合域的应用;最后,给出了基于该理论对大型复杂非线性系统求解时的减缩方法。所提方法的核心在于建立非线性模态参数关于模态幅值的变化规律,不仅将系统的稳态响应求解问题简化为一维代数问题,极大地简化了数值计算过程,而且有助于分析、理解系统的非线性动力学行为。将所提方法与模态综合法结合,可用于高效求解大型复杂非线性系统动力学特性。

多振型反应谱法分析减隔震桥梁

减隔震桥梁的本质和目的是将结构与可能引起破坏的地面运动尽可能分离开来。要达到这个目的,可通过延长结构的基本周期,避开地震能量集中的范围,从而降低结构的地震力。由于减隔震装置的恢复力模型均为非线性,以往只能采用非线性直接积分时程法进行分析。最新颁布的《公路桥梁抗震设计规范》(JTG/T2231-01—2020)首次提出采用多振型反应谱法分析减隔震桥梁,此法有效地回避了目前地震安评相对较少、地震波来源有限和时程分析效率低等问题。结合此规范及实际工程案例阐述具体计算过程,并对计算中所涉及的迭代思路进行必要的解释。

一种转台伺服系统干扰补偿控制方法研究

为提高转台伺服系统的低速跟踪性能,提出一种结合LuGre摩擦模型和非线性干扰观测器(NDO)补偿非线性干扰的方法。使用LuGre摩擦模型补偿系统的摩擦干扰力矩,建立NDO模型消除系统建模不精确及其他未知干扰的影响,并采用反演法设计系统的自适应滑模控制律。通过仿真表明,基于LuGre+NDO模型自适应滑模控制能有效消除转台的低速"爬行"现象,位置稳态误差达到2×10–5 rad,速度稳态误差达到1.5×10–3 rad/s。且通过与传统控制方法结果对比,证明所提出的方法具有较好的控制性能和干扰抑制特性,提高伺服系统的跟踪性能。

基于非线性鲁棒控制原理的防滑控制

为了在高速区有效操纵列车,无论列车长度如何都需要控制系统能够提供稳定的制动力。在设计制动控制系统过程中,由于粘着和制动材料的摩擦系数变化而导致的模型不确定性是一个需要首先考虑的问题。提出利用滑模控制原理设计一种全新防滑控制系统。相比于常规控制方式,仿真结果证明,在非线性制动动力学方面,基于滑模控制的防滑控制系统具有良好的性能。

考虑摩擦和内部泄漏EHA可变边界层滑模控制

为提高电液伺服(Electro-hydraulic actuator,EHA)非线性系统的控制性能,提出一种考虑摩擦和内部泄漏EHA系统的可变边界层滑模定位控制方法。首先,由于不连续速度和摩擦力之间的静态映射关系中存在的摩擦动态特性的滞后性,以及内部泄漏的非线性和不可测性,设计了考虑摩擦和内部泄漏的EHA系统模型;其次,为实现模型的鲁棒快速性控制,利用边界层宽度对控制信号的平滑作用不同,设计了可变边界层内插值方法以获得不连续函数的切换功能,从而降低控制信号的抖动问题;仿真实验表明,所提方法的阶跃跟踪误差和正弦跟踪误差更小,具有更好的控制灵敏度,验证了方法的有效性。

基于FPGA的谐波式电动舵机滑模控制研究与应用

根据谐波式电动舵机工作原理,推导了其数学模型;并针对谐波式电动舵机的特殊结构,在建模时充分考虑了摩擦和间隙非线性对舵机系统性能的影响。针对舵系统中存在的非线性问题,提出了一种滑模控制(SMC)算法;进一步为了解决滑模控制固有的抖阵问题,采用边界层与低通滤波器技术共同消除控制量的抖阵,并仿真验证了该算法的有效性。最终,采用数字芯片FPGA实现了该控制算法,并加以实验验证。实验结果表明:与传统比例积分微分(PID)控制相比,基于滑模变结构控制的电动舵机的抗干扰和鲁棒性等有较大改善;且在偏转小角度时,由摩擦和间隙非线性导致的空回和时间延迟问题也得到了较好的抑制。