基于差分进化算法的摩擦力建模与前馈补偿

摩擦力是电机运行时受到的外部扰动,会降低直线电机的跟踪精度.根据摩擦模型设计前馈补偿器是降低摩擦影响的重要方法.首先分析摩擦特性,选用合适的摩擦模型.其次设计电机速度前馈控制器和加速度前馈控制器,提高电机的跟踪性能.根据测得的电机在不同速度下的摩擦力值,运用差分进化算法辨识直线电机的摩擦模型参数,以此设计前馈控制器,实现永磁同步直线电机的摩擦抑制.仿真结果表明,摩擦模型能准确描述被测直线电机的摩擦特性,基于摩擦模型辨识结果设计出的摩擦前馈控制器可以有效地消除摩擦力引起的速度粘滑现象并且减小电机的位置跟踪误差.

修正黏性摩擦的LuGre模型的摩擦补偿

为提高高速条件下开放式伺服系统的动态性能,对传统LuGre摩擦模型的黏性摩擦进行了修正,并提出一种以修正模型为基础的摩擦前馈补偿方案.根据速度较高时,摩擦力矩随速度增加其增长趋势减缓的现象,建立了LuGre修正模型;分别对传统模型和修正模型进行参数辨识,利用2种辨识后的模型分别进行摩擦前馈补偿,分析其补偿效果.实验结果表明:修正模型对系统摩擦力矩的最大估计误差为0.0017N.m,优于传统模型的0.023N.m;与基于传统模型的摩擦补偿相比,基于修正模型的摩擦补偿时,系统稳态误差得到进一步的控制,加速运动时由±9μm降低到±5μm,正弦运动时由±12.5μm降低到±8μm.采用该补偿方案可有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响,提高伺服系统的跟踪性能.

摩擦对电动直线负载模拟器的影响及其抑制研究

为抑制摩擦非线性因素对电动直线负载模拟器(ELLS)的影响,采用仿真与实验结合的方法分析摩擦对ELLS的影响。利用遗传算法对系统中的摩擦模型进行辨识,并得出了系统摩擦力与速度的关系;提出了一种摩擦前馈加变增益PID的混合控制方法,摩擦前馈用于消除摩擦对系统的影响,变增益PID用于进一步抑制系统在低速时的相位滞后;进行了对比仿真与实验。仿真分析与实验结果表明:与传统PID控制相比,采用摩擦前馈加变增益PID控制的ELLS加载波形畸变被抑制、加载误差与相位滞后均明显减少;所提出控制方法能够较好地抑制摩擦对ELLS的影响,提高加载精度。

航空遥感惯性稳定平台LuGre摩擦参数的分步辨识

由于航空遥感惯性稳定平台框架角运动受限,本文提出了基于LuGre摩擦模型进行参数初步和精确辨识的方法以进一步提高其控制精度。从数字控制系统出发,构建了摩擦参数辨识系统,把摩擦参数辨识问题转化为曲线拟合问题。通过限定输入信号幅值和频率,解决了框架角运动受限导致摩擦参数辨识困难的问题。结合数字控制系统特性,优先辨识摩擦线性项参数;根据摩擦静态和动态特性,提出分步夹逼和分步搜索法依次辨识剩余参数,完成初步辨识。然后代入初步辨识结果,用遗传算法完成摩擦参数的精确辨识。仿真结果表明:摩擦参数初步辨识误差小于5%,精确辨识误差小于0.7%;用辨识出的摩擦参数构建摩擦补偿器,系统对基座低频角运动干扰的抑制能力提高了4倍。最后,基于某原理样机开展了摩擦参数辨识和补偿实验,结果表明控制精度提高了1倍,证实了提出的辨识方法的有效性和工程实用意义。

高速进给的自适应滑模控制器设计

数控技术的发展要求伺服进给系统具有高带宽、强的扰动抑制能力和鲁棒性,以取得高精度的轨迹跟踪性能.设计了一种具有鲁棒性的自适应滑模控制器,利用一阶共振陷波滤波器抑制系统的共振,同时在控制环中加入摩擦前馈补偿,提高进给运动反向时的精度.最后通过实验和仿真比较了各种控制策略的优劣,验证了提出的带有摩擦力前馈补偿和陷波滤波器的滑模控制策略不仅可以获得高精度的加工轨迹,而且具有良好的抗干扰性和鲁棒性.