挖掘臂的液压缸摩擦模型辨识与分析

挖掘臂的液压缸摩擦力使系统动态特性恶化,对其进行有效的摩擦补偿是提高控制性能的关键。为获得液压缸的精确摩擦模型,建立了铲斗关节动力学方程,方程中分别采用了库仑摩擦、库仑+黏性摩擦及Stribeck摩擦模型。针对系统中存在的有色噪声,采用了改进的递推最小二乘法辨识未知参数。将辨识的三种摩擦模型进行对比分析表明,Stribeck摩擦模型精度最高,能很好地预测液压缸驱动力。其中,Stribeck摩擦模型的辨识误差比库仑+黏性摩擦及库仑摩擦分别减少约8%与18%。     

基于修正黏性摩擦LuGre模型的比例多路阀摩擦补偿

为减小摩擦对比例多路阀性能的影响,提出基于修正黏性摩擦LuGre模型的比例多路阀摩擦特性分析、模型参数辨识以及摩擦补偿方法。通过实验测试间接得出摩擦数据,运用数据拟合方法辨识出修正黏性摩擦LuGre模型的静态和动态参数。基于辨识参数设计出修正黏性摩擦LuGre模型摩擦状态观测器,将观测器摩擦信号输出量反馈到控制模型输入端,减小摩擦对比例多路阀性能的不良影响。仿真结果表明,基于辨识参数的修正黏性摩擦LuGre模型摩擦补偿方法可提高比例多路阀的位置跟踪精度。     

自适应摩擦估计和补偿控制的高精度机电伺服系统控制研究

为了能较好地克服直接驱动机电伺服系统控制过程中摩擦等干扰因素的影响,使控制结果更为准确,设计了一种自适应摩擦估计和补偿控制的高精度直接驱动机电伺服控制系统。通过对直接驱动伺服系统的运动学进行分析,获取控制系统的非线性方程,并利用该方程得出黏性摩擦、库仑摩擦以及摩擦力矩的方程,利用可变电压脉冲宽度调制(PWM)驱动器设计了直接驱动伺服控制系统。在电磁转矩模型的基础上,求取了伺服系统的控制方程。采用自适应的PID控制器以及最佳跟踪模型,构造了一个具有补偿反馈和比例积分反馈的自适应控制模型,通过该模型自适应地对摩擦值进行估计和补偿,以实现对直接驱动机电伺服系统的准确控制。实验中采用了不同波形作为参考信号的激励,利用本文方法对参考信号进行了拟合。从实验结果可见,本文方法对直接驱动机电伺服系统的控制准确度较高,对不同激励信号的适应性较强,具有较好的控制性能。     

大型数控转台机电特性分析

大型化的发展增加数控转台机电特性研究的难度。针对某大型数控转台,综合考虑结构动力学、运动学和伺服控制系统的交互作用,详细建立其机电系统模型,并进行转台转速响应特性分析。为进一步辨识机械传动链各部件柔性对转台振动性能的影响,进行了传动链部件的模态灵敏度分析。理论分析与试验结果表明,大型数控转台机械传动链的柔性迟滞了转台的转速响应,是影响和限制数控转台性能的主要因素;库仑摩擦有利于迅速衰减数控转台转速响应的振动,但库仑摩擦太大会消耗系统的能量,合理调整库仑摩擦的大小,有利于提升转台的整体性能;电动机轴的转动惯量和蜗杆轴的扭转刚度对大型数控转台的振动性能影响最大。     

轻载机器人动力学参数辨识中的关节摩擦力辨识

在轻载机器人低速应用场合,利用库仑-黏性摩擦力模型进行关节力矩计算时,机器人关节摩擦力有明显的周期性纹波误差。针对这一问题,提出一种改进的库仑-黏性摩擦力模型,包括由库仑-黏性摩擦力模型表示的稳态摩擦力,以及与位置和速度相关的位置依赖项。对模型进行分步辨识,利用库仑-黏性摩擦力模型的特性,对稳态摩擦力参数进行辨识,通过K-means聚类算法、支持向量回归(SVR)以及最小二乘法求解超定方程组,进一步对模型中的位置依赖项进行辨识,实验结果验证了该模型以及辨识方法的有效性。     

基于LuGre模型实现精密伺服转台摩擦参数辨识及补偿

为降低摩擦对光学精密伺服转台速度跟踪精度的影响,提出了基于LuGre模型的转台摩擦参数辨识和补偿方法.首先,分析转台在自由减速过程中的速度过零现象,采用遗传算法拟合减速曲线从而获得转台摩擦参数和转动惯量;然后,通过仿真实验验证辨识方法;最后,利用辨识得到的参数计算摩擦补偿并叠加到转台速度伺服系统.实际实验系统的数据更新...     

EMA伺服系统速度环自校正控制设计

针对系统参数变化时伺服性能降低的情况,提出了一种通过辨识系统转动惯量实现速度环自校正控制的方法。根据波波夫超稳定理论设计离散系统模型,参考自适应算法递推得到系统转动惯量。建模分析速度环参数和转动惯量的关系,得到一种简单的控制器自校正规律,实现系统速度环的自校正控制。这种方法根据机械参数的变化校正控制器,提高了系统伺服性能。通过Matlab仿真验证了参数辨识方法和速度环自校正控制的可行性和有效性。     

基于区间分析理论的摩擦补偿研究

本文采用新型Stribeck模型和区间辨识方法对伺服系统中的摩擦补偿进行了研究。首先,针对Stribeck摩擦模型存在非线性、控制计算量大和不利于控制器设计等缺点,本文对其进行了线性化,并提出一种线性化的Stribeck模型;然后介绍了区间理论的参数辨识方法,并对方法的有效性进行了仿真验证研究;利用所提出的新模型进行了摩擦实验,结果显示该模型可以辨识出摩擦参数,接着设计了前馈摩擦补偿控制器。最后,分别采用阶跃和正弦输入信号进行实验,结果显示采用所设计摩擦补偿器补偿后,两种信号的稳态精度分别提高了26.8%和83.63%,验证了新模型和方法的有效性。本文提出的新型Stribeck模型易于工程应用,所用区间分析理论适用于参数辨识。     

一种机器人单关节伺服系统的能耗研究

以伺服电动机和减速机为主体的机器人单关节伺服系统为研究对象,在实验和仿真的基础上,对该关节系统的摩擦模型、动力学模型以及能耗模型的建模方法以及模型的特性进行了研究。首先,将该单关节系统分解成由高速轴和低速轴构成的抽象模型,基于Lu Gre摩擦模型和lagrange方程法分别建立高速轴和低速轴的动力学模型。在实验的基础上,利用最小二乘法和频响法对Lu Gre摩擦模型的静态参数和动态参数进行辨识。为了降低参数辨识的难度,根据高速轴和低速轴摩擦环境的近似性,建立了单关节系统简化摩擦模型。通过仿真和实验的对比分析,结果表明:建立的摩擦模型能够很好地反映该系统的摩擦行为。建立了考虑摩擦和电动机热损耗因素的能耗模型。通过实验和仿真分析,该动力学模型和能耗模型能够准确地反映关节伺服系统的力矩行为和能耗行为,从而为后续建立机器人多关节伺服系统的能耗模型和能耗优化控制提供理论基础。     

基于惯量辨识的前馈控制算法研究

为了提高伺服控制系统的动态性能,通过研究速度和加速度前馈控制策略与基于模型参考自适应的惯量辨识方法,采用基于负载转动惯量确定加速度前馈系数的运动控制策略。分析了该方法在运动控制策略中的物理学原理,研究了前馈系数与转动惯量的内在联系。仿真结果表明该方法能有效提高伺服运动系统的响应速度与控制精度。     

基于微分几何的离合器接合过程速度跟踪滑模控制

针对离合器控制系统中存在的非线性、外部干扰和参数不确定问题,提出了基于微分几何的离合器接合过程速度跟踪滑模控制方法。考虑系统参数的不确定性和外界干扰等不确定因素,建立了单个离合器起步动力学模型;基于微分几何的反馈线性化方法,得出系统的控制律;采用基于趋近律的滑模控制方法,设计了存在不确定干扰的离合器控制系统滑模控制器。利用Lyapunov理论对系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明该控制器使离合器接合过程的速度跟踪精度高,且鲁棒性好。     

基于动刚度评价的直接进给轴伺服参数优化方法

优化直接进给轴伺服参数对提高进给轴抗干扰性能具有重要作用。分析了数控系统中应用伯德图优化伺服参数存在的问题,研究了一种基于动刚度评价的直接进给轴伺服参数优化方法。通过建立直接进给轴动力学模型,给出了基于脉冲激励的动刚度测量方法,依据测量方法确定进给轴动刚度频谱图,建立了直接进给轴伺服系统动刚度模型,分析得到影响动刚度的主要因素,结合动刚度频谱图,给出了伺服参数快速优化策略。优化策略中依据动刚度频谱图判断共振点所在频段,应用电子滤波器抑制共振频段。以驱动系统为SINUMERIK 840D的自构建直线电机进给轴实验平台为对象,进行了伺服参数优化实验,实验结果表明,该方法能有效避免误判共振频段,可直接确认共振点,与应用伯德图优化伺服参数方法相比,优化后使速度环伯德图0dB频段增加58.6Hz,且首个尖峰延后11.7Hz。     

基于前馈补偿的效率优化异步电机直接转矩控制

针对异步电机在轻载和高速运行时效率低的问题,提出了一种异步电机直接转矩控制技术的效率优化算法。建立了基于定子磁场定向下旋转坐标系的电机损耗模型,分析了电机损耗与转矩、转速与定子磁链的关系,从而导出稳态时最优的定子磁链幅值,实现电机在不同工况下以最优效率运行。为解决最优磁链计算模块引入后电机控制系统动态响应慢的问题,将伺服电机控制中常用的前馈补偿与速度外环PI调节器相结合,来提高效率优化算法引入后系统的动态性能。     

光电稳定平台伺服系统动力学建模与参数辨识

针对光电稳定平台伺服系统模型参数辨识问题,提出了线性和非线性模型参数分离辨识方法。在线性模型参数辨识过程中,利用差动逆M序列信号作为输入,相应的响应信号作为输出,并应用最小二乘方法辨识线性离散模型参数,从而降低非线性因素的影响。在非线性模型参数辨识过程中,以LuGre摩擦模型为基础,针对摩擦和不平衡质量相互耦合的问题,提出了考虑不平衡质量的LuGre模型静态参数辨识方法;然后,利用电流信号作为摩擦力测量值,对LuGre模型动态参数进行辨识,得到包含不平衡质量和动态摩擦的系统非线性部分模型参数。构建了单轴光电稳定平台实验系统,利用本文提出的方法对实验系统动力学模型参数进行了辨识。结果表明:质量不平衡力矩的辨识值为0.183N·m,略高于理论值0.18N·m,满足辨识精度要求。实验证实提出的辨识方法可以实现对模型线性与非线性参数的有效辨识。     

Pre-sliding friction control using the sliding mode controller with hysteresis friction compensator

Friction phenomenon can be described as two parts, which are the pre-sliding and sliding regions. In the motion of the sliding region, the friction force depends on the velocity of the system and consists of the Coulomb, stick-slip, Streibeck effect and viscous frictions. The friction force in the pre-sliding region, which occurs before the breakaway, depends on the position of the system. In the case of the motion of the friction in the sliding region, the LuGre model describes well the friction phenomenon and is used widely to identify the friction model, but the motion of the friction in the pre-sliding such as hysteresis phenomenon cannot be expressed well. In this paper, a modified friction model for the motion of the friction in the pre-sliding region is suggested which can consider the hysteresis phenomenon as the Preisach model. In order to show the effectiveness of the proposed friction model, the sliding mode controller (SMC) with hysteresis friction compensator is synthesized for a ball-screw servo system.     

考虑不完全保护的复杂系统可靠性评估

鉴于已有研究在处理由部件失效传播引起的共因失效的复杂系统可靠性评估问题时存在的缺陷,借鉴元胞自动机并行计算的优势以及蒙特卡罗模拟技术在处理复杂问题中的灵活性,提出了一种基于元胞自动机思想的蒙特卡罗模拟方法,该方法考虑了不完全保护对系统可靠性产生的影响,不受系统结构、部件数目的限制。最后,通过两个算例分别说明了该方法的正确性以及在可靠性分析中的具体应用。     

增程式电动汽车增程器转速切换/功率跟随协调控制

针对电动汽车增程器系统中的发动机、发电机协调控制问题,提出了一种转速切换/功率跟随增程器协调控制策略。首先根据发动机的最佳制动燃油消耗率曲线设计了发动机的功率-转速切换表。然后,分别设计了基于发动机平均值模型的发动机转速二阶滑模控制系统和基于电压定向直接功率控制的PWM整流器功率控制系统。通过对发动机转速和PWM整流器输出功率的闭环控制,使发动机沿着最佳制动燃油消耗率曲线运行。最后,在AVL Cruise和MATLAB/Simulink仿真环境下搭建了系统的联合仿真模型,仿真结果从增程器功率跟随效果,发动机转速控制效果,动力电池电压、电流和SOC波动范围以及发动机工作点分布等方面验证了该策略的有效性。     

基于Deform3D的齿轮高速干式滚切过程模型及性能分析

齿轮高速干式滚切工艺取消了切削油/液的使用,是一种绿色高效的齿轮制造工艺,其成形过程分析是提升该滚齿工艺性能的有效途径。基于金属切削工艺仿真软件Deform3D建立了齿轮高速干式滚切过程的有限元仿真模型;进行了齿轮高速干式滚切材料去除过程的数值仿真分析,获得了不同参数条件下齿轮高速干式滚切过程中切屑的变形规律,以及切削力与切削温度的分布规律,分析并确定了影响滚切性能的主要参数。研究结果为齿轮高速干式滚切工艺参数优化提供了理论和方法支撑。     

电液马达伺服系统积分鲁棒自适应高精度位置控制

电液马达伺服系统中存在各种类型的扰动,包括参数不确定性和不确定非线性,制约着其高精度位置控制。针对电液马达伺服系统高精度位置跟踪控制,考虑系统的黏性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性,提出了一种基于鲁棒自适应的电液马达伺服系统高精度位置控制策略。所提出的全状态控制器通过自适应对模型不确定性进行估计及前馈补偿,提高了系统的低速伺服性能;通过自适应对未建模干扰等不确定性的上界进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。所设计的闭环控制器还能保证系统获得渐近跟踪性能,对比仿真验证了其可行性。     

轧制力动态特性影响下的轧机辊系振动行为研究

考虑受辊系振动影响时轧制力的动态特性,建立了板带轧机辊系非线性振动模型。采用平均法求解得到振动系统的幅频响应,分析不同轧制速度和外激励幅值对幅频特性的影响规律。运用奇异性理论分析振动系统静态分岔行为,得到系统分岔的转迁集以及出现不同振动形态的临界条件。以轧制速度为分岔参数,研究轧机辊系振动系统动态分岔特性。结果表明：轧机辊系振动行为对轧制速度变化十分敏感,振动幅值随着外激励幅值和轧制速度增大而增大,系统不稳定频率范围随着轧制速度提高而减小,随外激励幅值增大而增大;系统随轧制速度变化出现阵发性混沌运动,结合最大Lyapunov指数曲线得到稳定轧制时的速度范围。研究结果为抑制轧机振动和保障轧机稳定运行提供了理论参考。