文档介绍：摘要几乎所有的机电伺服系统中都存在摩擦,摩擦环节的存在是导致系统性能恶化的主要因素之一,因此如何合理解决系统中存在的摩擦环节,尤其是非线性摩擦环节的制约问题成为当前的研究热点。本文针对直线一级倒立摆伺服系统中的非线性摩擦补偿进行研究,提出采用位置环控制器结合非线性摩擦补偿控制器来消除非线性摩擦的干扰,以提高倒立摆系统的抗干扰性和位置跟踪精度。综合考虑实际系统中的非线性摩擦,提出采用改进的惴ǘ韵低中的摩擦干扰进行抑制。论文首先建立了倒立摆伺服系统的数学模型,对系统速度环参数和摩擦模型进行了参数辨识。其次介绍了改进的惴ǖ幕思想和设计原则,根据稳定性判据分析了系统的稳定性,得出了系统稳定的条件。最后设计了位置环控制器和非线性摩擦补偿控制器。通过//韵低辰辛税胛锢矸抡妫诘沽谑笛槠教ㄉ辖辛现简单,在跟踪周期性交变信号上,优于传统控制器,易于在高速高精度系关键词:倒立摆;非线性摩擦;参数辨识;位置跟踪;稳定性实验验证。仿真和实验结果表明,本文提出的方法能有效抑制非线性摩擦的干扰,且实统中应用。
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第一章绪论课题研究的背景、目的和意义随着现代信息技术的发展,以提高产品加工生产效率为主的高度自动化和以提高产品的质量为主的精密化成为现代机械加工技术发展的两个主要方向。人们对航空机械、数控机床、精密仪器和仪表以及各种精密机械设备提出了越来越高的精度要求。如何保证工作设备在超高速和超低速工作状态下具有极高的定位和跟踪精度,是机电伺服系统的一项重要研究课题【众所周知,随着控制精度要求的不断提高,摩擦给控制带来的影响越来越不容忽视,它严重阻碍了系统性能的迸一步提高。因此有必要在控制策略中对摩擦进行补偿来减小或消除摩擦对系统性能的不利影响【俊国内对非线性摩擦的研究也非常重视辏圃煲涤胱远际趼浜年,装备中数控化比例仅为ァ为了整体上缩短与发达国家的差距,除了在机械设计、制造工艺和材料等基础性产业和研究方面赶上,还应该在面向高速高精度的运动控制方面作综上所述,可以看出,本课题选择非线性摩擦补偿进行研究,具有一定的现实意义。倒立摆是进行控制理论和应用数学研究的理想实验平台,同时其研究成果在火箭飞行控制以及机器人控制等领域具有重要的实际意义。其工作原理是伺服电机通过同步带驱动小车沿导轨做往复运动,从而保持摆杆竖直向上。由于摩擦普遍存在于倒立摆伺服系统中,尤其是非线性摩擦如果不能得到正确的估计和控制,那么倒立摆伺服系统在运行过程中,控制精度就会受到很大影响。因此正确理解非线性摩擦这种现象并提出相应的对策,使得倒立摆伺服系统在摩擦存在的情况下,通过简洁和有效的补偿控制方法,降低摩擦对系统静态、.翁獾墓こ瘫尘组长王田苗教授指出,在机械加工领域,
国内外研究现状伺服系统进行摩擦补偿【浚闍彻膎谒穆畚闹薪徊椒治隽四Σ恋男零速附近,摩擦力矩受非线性因素的影响最大【¨】。瓽对模型和动态性能的影响,实现高精度运动控制,无疑有重要意义。本课题采用改进的惴ǘ缘沽谒欧低持械姆窍咝阅Σ两胁偿,该方法在补偿控制中不需要精确的非线性摩擦模型,补偿控制算法实现简单,有关摩擦建模及补偿方面的研究已有近百年的历史,但由于受控制理论和摩擦学发展水平的限制,研究进展不大。进入世纪年代以后,这一领域的研究呈明显增长的趋势,许多新的摩擦模型和补偿方法被相继提出,并成功地应用到机械伺服系统的控制中。国外对摩擦的研究相对较早,在年蚖就提出对低速运行质,并提出了一系列静态摩擦模型和摩擦分析工具‘;年热颂岢模型媚P妥プ×舜蟛糠侄Σ撂匦裕缰秃笙窒蟆⒋锒в国内从世纪年代开始,特别是年代末以来,在国家自然基金的资助下,对非线性摩擦的补偿控制进行了研究,目前主要集中在采用神经网络逼近摩擦非线性特性,采用窍咝阅Σ聊P停P筒问捎霉鄄馄鹘性谙吖兰疲采用遗传算法模型中的参数进行优化辨识,在获得非线性摩擦模型的基础上,进行自适应补偿控制。对摩擦环节建立准确的数学模型,无论从认识摩擦现象的角度出发,还是从对其进行补偿的角度出发,其重要性都是不言而喻的。因此,有关摩擦建模的研究一直非常活跃,到目前为止,已提出的摩擦模型有几十种,有代表性的如:库仑性摩擦模型阴、指数摩擦模型【、.P俊P汀綢、模型【。库仑承阅Σ聊P秃椭甘P褪蔷蔡Σ聊P停薹ㄔげ饽Σ恋亩形!模型是一个重要的动态摩擦模型,在其基础上发展的模型和P痛砹苏庖涣煊虻淖钚鲁晒6杂诙Σ聊P投裕桓鲋要的评价标准是它是否能够精确地预测摩擦力矩在零速附近的动态特性,因为在且补偿效果较好【射。变化的离心力等。.Σ聊P头掷河海大学工学硕士学位论文直线一级倒立摆中的非线性摩擦补偿控制研究
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