基于LuGre摩擦模型参数辨识与误差补偿方法的综述

文章对机械系统中LuGre摩擦模型的参数辨识与误差补偿方法进行了文献综述,并从参数辨识和误差补偿两个方面对该模型的应用进行了探讨。首先,介绍了LuGre摩擦模型的基本原理和数学表达式。其次,概述了常见的LuGre摩擦模型参数辨识方法。然后,讨论了LuGre模型的误差补偿方法。最后,指出了未来研究的发展方向。通过对LuGre模型参数辨识与误差补偿方法的综述,可为相关领域的研究者提供参考和启示,有助于进一步推进摩擦补偿技术的发展和应用。

基于LuGre摩擦模型的两轮自平衡车系统动力学

准确描述轮式机器人系统的运动状态是对其进行轨迹控制的关键,而当驱动轮与地面存在相对滑移或侧滑时,添加非完整约束的动力学描述方法通常会失效。为了得到适用于非结构化环境的轮式机器人动力学模型,本研究以两轮自平衡车为例,为LuGre模型添加摩擦力,以描述驱动轮与地面之间的粘滞-滑移效应;基于虚功率原理,建立包含摩擦力的轮式机器人系统动力学方程,并针对不同驱动力及不同工况条件对系统进行了动力学仿真及分析。仿真结果表明:相比于传统的添加非完整约束,基于LuGre摩擦模型的动力学建模方法可以有效侦测到驱动轮与地面的相对滑移及侧滑状态,在真实工况下反映系统动力学行为方面表现出有效性和优越性,为轮式机器人后续的优化设计及轨迹控制提供理论依据。

基于LuGre摩擦模型与自抗扰技术的调速伺服系统复合控制策略

为了提高调速伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于LuGre模型的调速伺服系统自抗扰控制策略。利用LuGre摩擦模型对摩擦扰动进行辨识,并对其进行前馈补偿,在速度环和电流环分别加入一阶自抗扰控制器,对剩余扰动进行实时估计并补偿。ADRC弥补了摩擦模型的非绝对完美的问题,LuGre模型也缓解了ADRC的计算压力,互为补充,提高了性能。仿真结果表明:所提控制策略响应速度快、调节时间短、超调低,提高了系统的控制速度和精度。

基于Lugre摩擦模型转向系统建模及精度验证

在当前的车辆开发中,转向力的目标主要靠后期实车调校来实现,究其原因是仿真模型对转向力矩的表达不够准确。本文介绍了转向系统摩擦特性的测试方法,并采用Lugre摩擦模型进行参数辨识,利用Simulink搭建转向系统及摩擦模型,通过仿真与试验对比,验证了转向系统对于力矩表达的精确性,为未来虚拟标定、虚拟调校等提供支撑。

LuGre摩擦模型对伺服系统的影响与补偿

摩擦是影响伺服系统性能的一个主要因素.为了研究摩擦的影响与补偿,本文首先建立了基于动态LuGre摩擦的机电伺服系统模型.根据LuGre模型,构造了一个非线性观测器来估计摩擦力矩.然后,积分反步自适应控制算法被设计从而实现了摩擦补偿和负载扰动估计,并使用Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性.仿真结果表明:LuGre摩擦会对伺服系统产生极限环振荡以及低速爬行的影响,并且提出的补偿方法能够降低摩擦对伺服系统性能的影响以及提高了系统的跟踪精度和鲁棒性.

基于LuGre摩擦模型的轮胎多边形磨损机理分析

多边形磨损是汽车轮胎磨损研究中的一个新课题,具有重要的理论价值和研究意义。考虑轮胎接地磨擦的非线性特性,建立了基于LuGre摩擦模型的轮胎多边形磨损的动力学模型。通过仿真给出了能够引起自激振动的车速和轮胎初始前束角范围。这些结果为减小或消除轮胎的自激振动提供了理论依据。

基于改进LuGre摩擦模型的机器人关节模糊自适应反步控制

为实现机器人关节在非线性摩擦和外界未知干扰力矩等因素影响下的精确和稳定控制,通过改进LuGre摩擦模型来描述系统的非线性摩擦特性,采用自适应算法进行摩擦补偿来逼近摩擦力的变化,并采用模糊神经网络逼近外界未知干扰力矩对系统的影响.引入正切障碍李雅普诺夫(Lyapunov)函数对输出信号进行约束,使误差被限制在给定范围之内.利用双曲正弦函数跟踪微分器解决了虚拟输入微分引起的“微分爆炸”和一阶滤波器精度差问题,将自适应控制方法与反步控制理论相结合,提出了一种带摩擦补偿的模糊自适应反步控制方法.利用Lyapunov判据证明了闭环系统的所有误差最终一致有界,并通过仿真得出本文所提出的控制方法相比于传统PID与神经网络动态面控制(Radial Basis Function Dynamic Surface Control,RBFDSC),位置跟踪误差分别提高了近7.5%和3%;当LuGre模型参数变化时,自适应算法也可以精确对摩擦力进行跟踪补偿,从而验证了本文所提出的控制策略的有效性和鲁棒性.

基于LuGre摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统设计

牙科CT在拍摄X光片时,牙科CT转台需要低速运转。在低速运转时摩擦带来的非线性最严重,为解决非线性摩擦,提出将摩擦模型前馈补偿与模糊PID结合实现对转台的控制。摩擦模型选用LuGre,并对摩擦模型参数离线辨识,确定出牙科CT转台的摩擦模型,在Simulink软件中分别对摩擦模型和模糊PID控制器进行封装建模,搭建了基于LuGre摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统。通过仿真验证了采用该控制系统避免了位置跟踪平顶、速度跟踪过零时出现‘死区’等缺陷,并且跟踪误差很小、响应快,稳态稳定。通过实验验证了采用摩擦模型前馈补偿的模糊PID控制系统定位精度高,证明该控制系统的设计能很好地解决低速运转时摩擦带来的非线性问题。

基于LuGre摩擦模型的有杆抽油系统动态特性分析

针对低速换向时定向井有杆抽油系统摩擦力表现出的非线性特性,采用LuGre摩擦模型来描述该系统的摩擦行为,在此基础上对该系统的动态特性进行分析。介绍了LuGre摩擦模型,并给出了符合工程应用的模型参数数值;将抽油杆柱的振动视为多级杆的纵向振动,对杆柱单元进行受力分析,结合有限元和有限差分法建立了杆柱的载荷和位移递推公式,并给出了杆柱载荷和位移的边界条件以及杆柱运动的初始条件;给出了分析实例,并将分析结果与采用经典库仑摩擦模型的计算结果进行了对比。对比结果表明,LuGre摩擦模型能较好地反映低速换向时定向井有杆抽油系统摩擦力的非线性特性,基于LuGre摩擦模型计算得到的泵功图更接近真实工况。

基于改进遗传算法的LuGre摩擦模型参数辨识及补偿

针对非线性摩擦力对精密Z轴伺服装配臂的动静态性能的影响,基于Lu Gre摩擦模型,提出了一种改进遗传算法对LuGre摩擦模型参数进行辨识,实现了由"分步辨识"到"一步辨识"的转变,并将辨识结果陷入局部最优的概率从0. 3左右降低到了0. 1以下,高效地获取了全局最优辨识结果,辨识误差也从10%左右降低到了3%以内,提高了辨识精度;同时,在Z轴伺服装配臂系统下对LuGre摩擦力设计了前馈补偿器进行补偿,仿真实验表明,基于LuGre摩擦模型的前馈补偿可有效消除非线性摩擦力对精密伺服系统的影响,从而提高精密Z轴伺服装配臂系统的动静态性能。

基于改进链码法的LuGre摩擦模型动态参数辨识

针对现有LuGre摩擦模型动态参数辨识方法辨识精度不高,收敛性难以保证及参数初值难以确定等不足,提出了一种基于改进链码特征识别法的参数辨识方法。首先,研究LuGre摩擦模型中两个动态参数-鬃毛刚度系数与阻尼系数之间的关系,以及鬃毛刚度系数与预滑动阶段位移-摩擦力曲线形状之间的对应关系;然后,改进现有Freeman链码的采样方式和码间距,利用改进的链码结合傅立叶描绘子提取位移-摩擦力曲线的形状特征并形成特征向量;最后,以加噪声原始位移-摩擦力曲线和仿真位移-摩擦力曲线的特征向量为参数建立度量两曲线相似程度的欧氏距离,寻优得到使欧氏距离满足给定误差的仿真位移-摩擦力曲线,该曲线对应的鬃毛刚度系数即为其辨识值,进一步可计算出阻尼系数。文末给出的辨识实例验证了提出方法的正确性和有效性。

LuGre摩擦模型的质体-弹簧-带自振系统稳定性分析

为了能够深入研究摩擦自振系统的振动-摩擦耦合动力学特性,建立基于LuGre摩擦模型的质体-弹簧-带摩擦自激振动系统的非线性动力学模型,使用数值仿真等技术探讨了摩擦导向系统的动力学行为,并分析了该自振系统的稳定性.结果表明:摩擦自激振动系统的运动状态会随着进给速度的不同取值而发生变化.从仿真图可以看出,系统在不同进给速度下的行为是不一样的.系统的运动形式分别为:混沌运动、粘滑运动、纯滑动振动和稳定运动,不同的运动状态之间存在一个临界值,在临界值附近运动状态会发生变化.此外,该模型的自激振动系统动力学行为中含有随机性的混沌振动现象,基于LuGre摩擦模型可以预测出比Stribeck摩擦模型速度更低时的动力学行为.

Coulomb干摩擦模型与LuGre摩擦模型的分析与比较

分析比较Coulomb干摩擦模型和LuGre摩擦模型的特点。Coulomb干摩擦模型形式简单,能较好地反映stick-slip运动状态的切换,但不能反映对系统动态响应有直接影响的不同的摩擦现象,且其不连续性也给数值仿真带来了困难。LuGre摩擦模型能捕捉滑动速度变化时摩擦力的变化,使其适用于stick-slip运动的研究,然而其参数的确定十分困难,且在数值计算时需要取较小的步长才能进行求解,计算效率较低。分别应用这两种模型仿真分析含摩擦滑移铰平面刚体的stick-slip现象,通过具体算例对数值方法进行说明,并给出了结论。

基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制器

针对具有摩擦非线性、参数不确定性以及外界扰动的伺服系统,建立了基于LuGre摩擦模型的控制系统模型。在此基础上,设计了自适应鲁棒控制器。该控制器包括基于模型在线参数估计的自适应补偿、稳定反馈和鲁棒控制三部分。分析了鲁棒控制部分的机理。利用Lyapunov稳定性方法证明了该闭环控制器信号有界,且跟踪误差在任意要求的精度范围内。仿真结果验证了该控制器的有效性。

基于LuGre摩擦模型补偿的动态电液测力建模与实验研究

为提高电液测力系统在动态下测量其负载的精度,采用Lu Gre摩擦模型描述动态测力时摩擦力非线性特征,搭建了基于比例阀压力控制的动态电液测力系统,对其在不同油液压力、速度下的摩擦力进行测量,依据实验数据及动、静态参数辨识模型辨识得到动、静态参数,进一步研究油液压力及移动速度对Lu Gre模型中各个参数的影响,得到关于油液压力及移动速度的Lu Gre摩擦模型,之后对油液推力实时补偿,得到基于Lu Gre摩擦模型补偿的动态电液测力精度。实验结果表明,动态电液测力状态下库仑摩擦力、最大静摩擦力及动态参数随油液压力的增大而变大,粘性摩擦系数和Stribeck速度随油液压力的增大而降低;基于Lu Gre摩擦补偿的动态电液测力系统测量精度可达0.45%。

基于LuGre摩擦模型的转台伺服系统自适应摩擦补偿研究

为消除非线性摩擦对测试转台性能的影响,选用LuGre摩擦模型描述转台系统所受的非线性摩擦。根据转台直流电机系统数学描述,提出了非线性摩擦补偿方法。设计了双观测器结构估计LuGre模型中的不可测状态;考虑LuGre模型中3个参数的非一致性变化,设计了自适应摩擦补偿控制算法,在线估计摩擦模型中的参数,并对非线性摩擦进行补偿。用李雅普诺夫方法证明了采用自适应摩擦补偿方法的闭环系统的稳定性。仿真结果表明:正弦波输入时,摩擦补偿后的位置跟踪误差(峰-峰值)较无摩擦补偿减小了1个量级,位置跟踪性能有较大改善,辨识出的摩擦模型参数能稳定收敛于真实值附近;三角波输入时,自适应控制的位置跟踪精度更高。

遗传算法与LuGre摩擦模型的非线性摩擦力观测器设计

广泛存在于机械系统中的摩擦现象在系统处于低速运动时会表现出复杂的强非线性特征,将大幅度降低系统位置控制性能,因此需要将摩擦现象进行模型化分析并纳入系统特性。对常见的摩擦模型进行了介绍和分析;并以能够较为全面描述摩擦现象丰富特性的LuGre摩擦模型作为基础,讨论并分析了其数学特性;采用遗传算法对其6个未知参数进行识别,设计了一种非线性摩擦力观测器。通过仿真与试验,对遗传算法的有效性和摩擦力观测器的效果进行了验证。试验表明,提出的摩擦观测器与传统摩擦模型相比,能使系统跟随滞后量减小40%,实现系统理想的控制性能和轨迹跟踪精度。

基于LuGre摩擦模型的简支板的振动动态响应分析

三点铰接一点简支的矩形板在支撑边界处是存在非线性摩擦力的,干摩擦阻尼力耗散系统一部分能量,减小板的振动响应。为了分析非线性系统在边界支撑处干摩擦阻尼对系统的振动振幅的影响,建立板在激振力的作用下弯曲变形的非线性动力学模型以及板边界处干摩擦阻尼的摩擦模型,借助于Galerkin法将系统转化非线性常微分方程,通过辨识不同的摩擦参数,数值仿真分析不同情况下板的横向振动的振幅变化。

基于LuGre模型的转子压缩机滑片-滑槽运动副摩擦力测试

为研究转子压缩机滑片-滑槽运动副的摩擦特性,根据LuGre摩擦模型的建模方法和该运动副的运行特点及工况特点,设计并搭建了滑片-滑槽等效摩擦力测试系统,分析了该系统的摩擦力跃动现象、数据采集区域和摩擦力测量的重复性问题,并进行了摩擦力测试实验。结果表明:该摩擦力测试系统可以根据压缩机的实际工况,对滑片均匀加载相应的正压力F_H,并能实现不同匀速直线运动下的摩擦力测量;可以有效消除低速润滑不均匀导致的摩擦力跃动现象;通过润滑初始化可以较准确地获得基于滑片速度变化的摩擦力表达曲线。实验结果与数值计算结果吻合,从而为正确辨识LuGre摩擦模型的参数提供了实验依据。

改进型LuGre模型的负载模拟器摩擦补偿

分析了摩擦对电液负载模拟器跟踪性能的影响,针对传统基于LuGre模型固定参数补偿方法,综合大量摩擦实验及叶片式液压马达摩擦特性,提出了最大动静摩擦力矩可变的改进型LuGre摩擦模型,并进行了参数辨识,在此基础上根据结构不变原理,分析设计了前馈补偿器.实验结果表明:基于改进型LuGre摩擦模型的前馈补偿器有效抑制了摩擦对加载性能的影响,提高了力矩跟踪精度及消除多余力水平,也验证了改进型LuGre摩擦模型的有效性.