Design of Robust Controller for Flexible Joint Robot with Nonlinear Friction Characteristics

A robust controller method for flexible joint robot considering the effect caused by nonlinear friction was presented.The nonlinear friction was denoted as inverse additive output uncertainty relative to the nominal model in our work,based on which the describing function was analyzed in frequency domain,and the weighting function of nonlinear friction was further calculated as well. By combining the friction uncertainty,the mixed sensitivity H∞optimization was proposed as the benchmark for controller design, which also leaded to good performance of robustness. Furthermore,unstructured perturbation to the system was analyzed so that the stability was guaranteed. Simulation results show that the proposed controller can provide excellent tracking and regulation performance.

Jeffery-Hamel flow of non-Newtonian fluid with nonlinear viscosity and wall friction

A Jeffery-Hamel （J-H） flow model of the non-Newtonian fluid type inside a convergent wedge （inclined walls） with a wall friction is derived by a nonlinear ordinary differential equation with appropriate boundary conditions based on similarity relationships. Unlike the usual power law model, this paper develops nonlinear viscosity based only on a tangential coordinate function due to the radial geometry shape. Two kinds of solutions are developed, i.e., analytical and semi-analytical （numerical） solutions with suitable assumptions. As a result of the parametric examination, it has been found that the Newtonian normalized velocity gradually decreases with the tangential direction progress. Also, an increase in the friction coefficient leads to a decrease in the normalized Newtonian velocity profile values. However, an increase in the Reynolds number causes an increase in the normalized velocity function values. Additionally, for the small values of wedge semi-angle, the present solutions are in good agreement with the previous results in the literature.

Improved Nonlinear Friction Compensation Method for Robot Joint Driving

In order to alleviate the steady-state position error and the destabilizing effect of the nonlinear friction, a novel compensation method is presented, which modified the traditional Southward's compensation method. Estimated the nonlinear friction model using an identification method, the effect caused by its nonlinear component can be compensated, and an enhanced tracking performance is verified on a selectively compliant articulated robot arm(SCARA) robot.

CONVERGENCE RATES TO NONLINEAR DIFFUSIVE WAVES FOR SOLUTIONS TO NONLINEAR HYPERBOLIC SYSTEM

This article is involved with the asymptotic behavior of solutions for nonlinear hyperbolic system with external friction. The global existence of classical solutions is proven,and L^p convergence rates are obtained. Compared with the results obtained by Hsiao and Liu, better convergence rates are obtained in this article.

基于改进Stribeck模型的伺服系统摩擦补偿研究

电动伺服加载系统中非线性摩擦的存在是不可避免的,具有较强非线性的摩擦干扰严重影响系统的加载精度。针对电动伺服加载系统中摩擦扰动问题,首先提出一种改进Stribeck摩擦模型对加载系统摩擦特性进行描述;其次基于反步控制理论设计控制器抑制非线性摩擦扰动;最后针对摩擦模型参数易受系统内外部环境变化影响的问题,结合自适应控制对参数变化的摩擦干扰进一步抑制。根据仿真结果表明:相比于传统PID控制,采用自适应反步控制器的系统扭矩误差降低了80.2%,有效抑制了系统中的非线性摩擦扰动,提升了加载系统控制精度。

耦合故障转子系统的非线性动力学分析

为研究多故障耦合对转子系统动力学的影响,建立刚性支承下的裂纹-碰摩耦合故障转子系统动力学模型,采用四阶Runge-Kutta方法对方程进行数值求解,对比分析系统在定子刚度以及裂纹深度等参数变化下转子系统的动力学响应。借助系统的分岔图对其非线性动力学行为以及系统稳定性进行分析,得到故障和转速之间的作用规律。结果表明,随着参数的改变,系统会呈现出丰富的动力学行为,包括单周期、多周期、拟周期和混沌等,该研究结果为汽车中驱动电机转子系统的设计和故障诊断提供了理论依据。

Dynamical Analysis of Rub-impact Rotor System with Asymmetric Oil Film Force

Considering the effect of non-symmetry film force, nonlinear stiffness and nonlinear friction force, a dynamical model of rub-impact rotor system is established, then the nonlinear dynamical behavior is studied by numerical analysis method. The effect of rotation speed, nonlinear stiffitess ratio and speed effect factor on brifurcation and chaotic behavior for rub-impact rotor system is comprehensively analyzed. The analysis results show that the effect of non-symmetry film force, nonlinear stiffness and nonlinear friction force on the dynamical behavior of the rotor system has close relation with rotation speed. The chaotic behavior exists in a wider parameter region, and the chaotic evolution rule is more complicated. The research provides a reliable theory basis and reference for diagnosing some faults of the rotor system.

某空气舵系统非线性建模及参数识别

可靠的空气舵系统动力学模型对飞行控制系统设计非常重要。以某飞行器空气舵系统为对象,考虑运动副间隙和摩擦,研究系统非线性动力学建模问题。分别基于Coulomb摩擦模型和Stribeck摩擦模型建立了系统的四参数和六参数动力学模型;采用系统频响测试数据和参数辨识方法考察了模型的可靠性;改进Coulomb摩擦模型,提出系统的五参数非线性动力学模型。研究结果表明,用五参数模型拟合不同工况测试数据,获得的系统参数一致性优于四参数和六参数模型,可靠性更高。

谐波减速器动力学特性与建模研究进展

谐波减速器具有相对质量低、结构紧和价格低廉等优点,广泛应用于空间机械臂关节设计.然而,谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性阻碍了空间机械臂关节指向精度、运动稳定度等性能指标的提升.为改善空间机械臂关节性能,国内外学者针对谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性开展了试验研究和机理分析,并建立了数学模型.本文从试验、机理和建模3个角度出发,系统论述关于谐波减速器的运动误差、刚度和摩擦3种动力学特性的最新研究成果,总结分析谐波减速器动力学特性和建模研究所面临的挑战以及未来发展的方向.

含摩擦的风电齿轮传动系统非线性动力学分析

建立了含摩擦的风电齿轮传动系统的纯扭转非线性动力学模型,引入时变啮合刚度、综合啮合误差等因素,考虑了齿侧间隙与摩擦转矩等非线性因素的影响,进行量纲一化处理后得到了系统的动力学方程组;采用Runge-Kutta法对其进行求解,得出风电齿轮传动系统的非线性动态响应;计算了摩擦因数分别为0和0.07时系统随啮合频率变化的分岔图,并通过庞加莱截面、功率谱和关联维数等定性和定量工具对系统的非线性动力学特性进行了研究。结果表明,摩擦激励会使系统的周期响应中含有较多的次谐成分,诱发更多频率成分;摩擦激励会使得低频区域混沌区间减少,较快进入周期或拟周期运动状态;高频区域周期区间减少,拟周期区间、混沌区间加长,系统运动更为复杂。研究可为风电齿轮传动系统的故障机制研究、结构设计和更优工况的选择提供理论指导。

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。

一类刚性负载双轴伺服系统的非线性观测器控制设计策略

提出了一种基于非线性观测器的命令滤波自适应反步控制(OCFABC)方法,以解决具有LuGre摩擦模型的双轴伺服系统中的位置跟踪和速度同步问题。观测器用于系统摩擦补偿。命令滤波器作用于虚拟控制信号,解决反步法中的计算爆炸问题,建立误差补偿方程,提高跟踪精度。此外,还设计了速度同步信号,以达到更好的系统同步效果。利用Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。最后,通过仿真和试验结果证明了所设计方法的有效性和优越性。

挖掘机液压系统非线性摩擦的辨识与补偿

针对挖掘机电液比例控制系统受到液压缸非线性摩擦导致系统稳定性和控制精度降低的现象,提出利用改进粒子群算法和前馈补偿相结合的策略,对控制系统进行优化,以提高系统位移跟踪精度。建立电液系统模型,并用改进的Stribeck模型描述非线性摩擦。通过改进的粒子群算法对模型参数进行辨识优化,根据结构不变性原理设计出一种动态摩擦前馈补偿方法。在此基础上,进行正弦信号、高速工况和低速工况实验。实验结果表明:提出的Stribeck模型和摩擦补偿控制方法可以有效改善低速爬行和平峰现象,并使轨迹追踪精度提高45%左右。

导弹球窝喷管电动伺服系统摩擦积分自适应补偿控制

针对导弹球窝喷管电动伺服系统中存在摩擦非线性问题,提出一种基于改进稳态Lugre摩擦模型的摩擦积分自适应补偿控制策略。建立基于Lugre摩擦模型的球窝喷管电动伺服系统运动学方程,并结合修正稳态Lugre摩擦模型完成伺服系统简化状态方程;采用反步设计方法,设计含摩擦积分补偿的非线性控制器,同时引入摩擦参数自适应律提高补偿精度,并通过设计Lyapunov函数保证系统全局渐近稳定性;开展了基于遗传算法稳态Lugre摩擦模型参数辨识,建立含摩擦模型的电动伺服系统仿真模型并验证了算法有效性,仿真试验结果表明,与传统PID控制相比,摩擦积分自适应补偿控制能较好地抑制波形畸变,提高了电动伺服系统低速跟踪性能。

摩擦激励下螺旋桨推进轴系弯扭耦合振动研究

螺旋桨推进轴系中水润滑轴承-轴颈摩擦诱导异常振动、噪声是制约舰艇隐身性能的重要因素,研究其成因机制和影响规律对于识别和有效控制异常振动、噪声具有重要价值。为此,从非线性摩擦和轴系整体动力学耦合的角度对螺旋桨推进轴系摩擦诱导振动问题进行分析。采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型描述轴承-轴颈的动摩擦特性,考虑非线性摩擦-扭转振动-横向振动的耦合作用,在此基础上利用Hamilton原理和有限元法建立连续轴系的非线性动力学方程。运用Newmark-β法和Newton-Raphson迭代相结合的方式求解并获取系统非线性动力学响应,分析动摩擦特性及弯-扭耦合作用对轴系摩擦诱导振动的影响规律。结果表明,相较于纯扭转系统,弯-扭耦合系统更容易产生摩擦自激振动。除轴承-轴颈摩擦特性外,不稳定的弯曲模态同样为耦合系统摩擦自激振动的重要成因。

非线性直流电机仿真模型系统的建立

着重考虑直流电机运行在零速度附近所产生的非线性摩擦力的影响，在MATLAB环境下精确地建立起可用于仿真实验以及系统控制器设计的非线性直流电机的仿真模型系统。结合已获得的研究成果，并充分利用SIMULINK软件，在完成非线性系统建模的同时，显示出其软件的强大功效。

基于递推差分进化算法的空间机器人参数辨识

针对空间机器人抓取未知目标时的特性参数以及关节摩擦系数的辨识和在线修正问题,提出一种基于递推差分进化算法的实时参数辨识方法。首先采用静态连续摩擦模型描述机器人的关节摩擦特性,并建立两关节空间机器人的非线性动力学模型,然后基于差分进化算法和递推最大似然估计法推导出递推差分进化算法,并用于空间机器人的参数辨识,最后仿真校验了该辨识方法的有效性。仿真结果表明,该算法的辨识精度优于遗传算法和最小二乘法,辨识速度较快,能满足遥操作的要求,且对于动态信息有较好的跟随性。

参数不确定机械伺服系统的鲁棒非线性摩擦补偿控制

对含非线性摩擦环节的机械伺服系统 ,提出一种基于Lyapunov方法的鲁棒非线性控制方法 ,通过引入非线性增益和摩擦补偿项 ,来克服参数不确定性和补偿非线性摩擦 ,从而保证跟踪误差渐进收敛 .对转台系统的实验研究 。

新型连续回转电液伺服马达摩擦特性及性能研究

叶片与定子和转子之间的摩擦是马达摩擦特性的决定因素 ,据此对叶片作了系统的受力分析 ,通过计算机仿真得到了马达的叶片数量与摩擦力矩的变化规律 ,提出了改善马达摩擦特性及提高超低速性能的措施 ,并设计了为验证马达性能的非线性PI和微分前馈的复合控制策略 .通过实验对马达的摩擦特性及性能进行了验证 。

电动舵机伺服系统非线性辨识及补偿

为提高电动舵机伺服系统的跟踪精度,提出了辨识、测试它的摩擦和间隙非线性及对其进行补偿的方法。针对位置和速度双闭环控制的电动舵机伺服系统,建立了基于LuGre摩擦和迟滞间隙的数学模型;依据模型采用前馈补偿方法对系统中的摩擦进行补偿,同时采用逆模型方法对系统中的间隙进行补偿控制。实验显示,对于幅值为1°,频率为2.5Hz的给定正弦信号,补偿后系统的最大位置跟踪误差由原来的0.166°减小到了0.096°,最大速度跟踪误差由原来的2.723r/min减小到了0.393r/min。结果表明,本文提出的辨识测试方法能够精确地获得摩擦和间隙模型,基于该模型的补偿能够有效地提高电动舵机伺服系统的跟踪精度。