液压转台的自适应动态摩擦补偿研究

超低速、高精度、高频响的液压转台性能提高受到动态非线性摩擦的影响.为提高液压转台的低速性能,通过分析液压转台单框动态摩擦特性,在建立转台摩擦的LuGre模型基础上,提出用一种基于LuGre模型的非线性自适应控制补偿液压转台动态摩擦.构造两个非线性观测器对液压转台LuGre摩擦状态进行精确估计,通过构造摩擦模型参数自适应率对摩擦力矩进行动态补偿,并利用Lyapunov方法证明了控制系统的全局渐近稳定性.对液压转台中框的仿真实验证明了该方法的正确性和优越性.     

基于改进LuGre模型的液压系统滑模控制

为了提高液压系统控制精度,提出基于LuGre模型双状态滑模估计的液压系统滑模控制算法。在摩擦模型不确定性参数的双状态估计中,借鉴滑模控制的核心思想,设计双状态滑模估计器,以提高状态估计精度及摩擦补偿精度。以双状态滑模估计的摩擦模型为基础,设计自适应滑模控制器,实现液压系统的位置跟踪控制,并通过李雅普诺夫函数证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明:基于双状态滑模估计摩擦模型的液压系统自适应滑模控制,有效地提高了液压系统位置跟踪精度。     

数控机床直线电机进给伺服驱动的摩擦力和扰动抑制措施

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动数控机床伺服系统,提出了一种基于摩擦力和扰动补偿的零相位误差跟踪控制策略.以解决摩擦力和扰动对系统性能的影响.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而补偿制器克服了摩擦和扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性和定位精度.仿真结果表明,该种控制方案较好地改善数控机床进给的定位精度和跟踪性能.     

基于直线音圈电机运动平台的线性自抗扰控制研究

运动平台是机床设备中重要的组成部分,广泛使用的机械导轨式运动平台定位精度难于突破微米级,摩擦是影响机械导轨式运动平台定位精度的主要原因。为解决摩擦作用导致的运动平台动态性能难以提升的问题,针对直线音圈电机运动平台设计了一种线性自抗扰控制器。将PD控制器和带模型信息的扩张状态观测器相结合,带模型信息的扩张状态观测器可以根据控制输入量和位置误差估计出平台运动过程中受到的摩擦力,并在控制输入量中进行补偿。该观测器很好地补偿了摩擦扰动,从而提高了系统的鲁棒性和跟踪性能。仿真实验表明：该线性自抗扰控制器与PID控制器相比,可有效提高直线音圈电机运动平台的动态性能。     

高速大推力直线电机直接驱动进给系统动态性能的分析

大推力直线电机直接驱动是一种新颖的高速数控机床直线进给系统驱动方式,它将直线电机的定子和动子分别安装在机床床身和工作台上,取消一切机械传动环节,大大提高进给系统的伺服性能,但这种驱动方式对外界干扰非常敏感,机床运行过程中切削力甚至进给系统运动部件质量的变化等均是系统的直接干扰.本文根据直接驱动进给系统的控制模型,分析了系统动态刚度的计算方法和主要影响因素,提出了提高动态性能的方法.根据系统的特点,设计动态质量估计器,实现直接驱动进给系统的动态质量在线估计和补偿.对实际系统的仿真分析表明,本文提出的基于系统动态质量在线估计与补偿方法,能大大提高系统的性能.     

超精密大行程滚珠丝杠进给系统设计与实验研究

针对单级驱动系统难以同时实现大行程与超精密定位的问题,设计一种基于滚珠丝杠与液体静压导轨的超精密大行程进给系统实验台。无框式直驱电机通过胀紧套直接与滚珠丝杠联接,实现类似于直线电机的“零传动”,采用纳米级分辨率光栅尺实时检测运动部件的位移。实验结果表明：通过G代码补偿、摩擦补偿、提高PWM频率、降低干扰等方式,可以提高系统的定位性能,进给系统在180 mm的有效行程内可以实现103 nm定位精度和8 nm运动分辨率。     

基于摩擦模型的电动缸PID摩擦补偿控制研究

为改善伺服电动缸中非线性摩擦环节对其运动控制性能的影响,文章从控制角度出发,利用摩擦补偿控制策略对系统中的摩擦力进行补偿,以提高运动控制精度.首先建立了电动缸的动力学模型,然后基于LuGre摩擦模型利用PID控制算法进行了摩擦补偿控制器的设计,并采用遗传算法对摩擦参数进行了辨识,最后进行了仿真分析.通过仿真结果可以得出,增加摩擦补偿后,电动缸的位置跟踪精度有了很大的改善,验证了该摩擦补偿控制策略的有效性.     

永磁同步直线电机的趋近率自适应软切换离散滑模控制

针对存在不确定参数、摩擦及外部扰动的永磁同步直线电机伺服系统,提出一种自适应软切换滑模位置控制策略。首先,将直线电机伺服系统的模型进行状态离散化;然后根据离散化的系统模型,设计一种切换增益自适应变化的滑模控制器;同时,对设计的闭环控制系统进行稳定性分析,并利用正切函数代替符号函数,进一步改善系统的性能;最后通过仿真实验将此方案与经典PID控制及滑模控制进行比较,仿真结果验证了此方案具有更好的跟踪性能和对不确定扰动的鲁棒性。     

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。     

基于滚珠丝杠传动的机床进给系统建模与分析

为了研究机床进给系统的动态特性,提升摩擦力影响下的运动控制效果,建立机床进给系统动力学模型与机电耦合仿真模型。定义基于赫兹接触理论与吉村允效法的部件结合部刚度,通过控制变量法分析进给系统一阶固有频率的影响因素,利用有限元软件对动力学模型进行验证,解释误差出现的原因。并利用PID控制加前馈控制对比分析有无摩擦补偿下的运动控制效果。结果表明：工作台质量和位置以及丝杠螺母副刚度变化对进给系统一阶固有频率影响显著;加入的前馈补偿能够有效消除因黏性摩擦产生的“平顶”、“死区”不良现象。     

Thermal modelling of an HSC machining centre to predict thermal error of the feed system

Machine tools equipped with linear motors can achieve high feed speed as well as high accuracy. However, the direct feed drive system generates heat through power loss and friction. In combination with environmental influences such as machine shop climate, this can lead to a local deformation of the machine tool structure and induce a direct positioning error. This paper presents a thermal model, using the finite element method, to simulate the thermal behaviour of a high-speed cutting machining centre equipped with linear motors. This model considers the complex boundary conditions such as heat sources, contact and convective heat transfer. Transient changes in temperatures and deformations are allowed in the solution. The comparison of the experiments show that this model can predict the temperature distribution and positioning error under specified operating conditions very well.     

基于神经网络的电液位置伺服系统自适应滑模控制

针对电液位置伺服系统(阀控对称缸)模型复杂、参数时变、摩擦影响显著等特点,提出了基于RBF神经网络和基于Lu Gre模型的自适应滑模控制算法。该算法的优点是:(1)利用RBF神经网络逼近控制电流与系统输出压力的关系,将电液位置伺服系统的数学模型简化为二阶,减少了模型参数;(2)采用Lu Gre模型能够准确地描述摩擦过程中复杂的动、静态特性,通过该模型设计摩擦补偿,提高了控制精度;(3)设计自适应滑模控制器,增强了系统的鲁棒性。利用构建的李雅普诺夫函数,证明了闭环系统的稳定性。仿真实验表明:所提算法控制精度较高、响应速度较快、鲁棒性较强。     

基于改进LuGre摩擦模型的机器人关节摩擦力辨识研究

机器人在精准装配时，摩擦力影响着控制精度。利用LuGre摩擦模型进行关节力矩计算时，机器人关节摩擦力具有周期性纹波误差。针对此问题提出一种改进的LuGre摩擦模型，包括LuGre摩擦模型表示的稳态摩擦力，以及与速度相关的位置依赖项。对摩擦模型进行分步辨识，利用LuGre摩擦模型的特征，对稳态摩擦力参数进行辨识，通过SVM多类分类算法、支持向量回归（SVR）和最小二乘法求解方程组，对模型中的位置依赖项进行参数辨识。实验结果表明，机器人在不同负载下运行，使用改进模型及辨识方法计算关节摩擦力矩时，误差可以降低50%以上。     

基于模糊推理自校正控制的直接驱动进给系统稳定性分析

直线电机直接驱动进给系统是实现数控机床进给高速化的主要形式，但加工过程中切削力甚至运动部件质量的变化都是系统的干扰，易引起系统不稳定和定位精度下降。离线模糊推理、在线对控制系统实现自校正的控制方法能提高系统的抗干扰能力，并具有良好的实时性。为了研究系统的稳定性，本文介绍了这种基于模糊推理自校正控制的直接驱动进给系统稳定性分析方法，为同类系统设计提供理论参考。     

基于ASGSO的数控机床进给伺服系统分数阶控制

为满足数控机床对加工精度的要求,针对交流永磁同步电机驱动的进给伺服系统在不同工况下存在的扰动、摩擦、变负载、惯性力矩等非线性问题,设计一种自适应步长的萤火虫算法(ASGSO)优化的分数阶PID控制器(ASGSO-FOPID)。FOPID控制器相比传统控制器动态性能突出,能够对非线性环节进行更好的控制。利用ASGSO算法全局搜索能力,获得最优数控机床进给伺服系统分数阶PID控制器参数。建立数控机床进给伺服系统模型,分别采用PSO-FOPID、状态转移STA-FOPID、ASGSO-FOPID控制进给伺服系统进行对比。仿真和实验结果表明：提出的ASGSO-FOPID控制器具有跟踪速度快、抗干扰能力强、精度高等优点,该方法能够有效地提高数控机床的定位精度和加工精度。     

基于PSD的工业机器人无标定伺服定位系统

鉴于无标定伺服自动定位在基于PSD与虚拟空间线约束的自标定技术中的重要性,针对自动定位进行研究,设计了单个PSD的无标定伺服自动定位系统,在PSD与机器人人位置未知的情况下,综合利用机器人运动学模型、机器人控制律、机器人动力学模型,推导出新系统下的机器人速度雅克比矩阵以及自适应算法。利用理论证明与软件仿真验证了无标定伺服自动定位系统和自适应算法的准确性。     

Dynamic stiffness enhancement of direct-driven machine tools using sliding mode control with disturbance recovery

This paper presents a disturbance adaptive discrete sliding mode controller for feed drives equipped with linear motors. The control law is expressed as a function of friction and cutting force disturbances which are estimated from the motor force and control states. The accurate prediction of disturbance forces is used to actively compensate low frequency machine tool structural modes which are within the bandwidth of the controller. The proposed control system is experimentally demonstrated on a high performance linear drive, which exhibited high bandwidth and significant increase in dynamic stiffness compared to classical cascaded control methods.     

Servo design of a vertical axis drive using dual linear motors for high speed electric discharge machining

This paper proposes a synchronous control scheme for a linear servo system applied to the vertical axis drive of a die-sinking electric discharge machine (EDM) tool. The investigated vertical axis drive is constructed with dual parallel linear motors, which are arranged to jointly drive the feed axis for improvement of the overall thrust and structural stiffness. A pneumatic cylinder is employed to compensate the gravitational effect of the feed axis with its electrode and holder. A mechanical coupling is designed to firmly bridge the two linear motors and carry the feed axis. Therefore, synchronous control for the motors is critical for not only position accuracy, but also machine safety. Moreover, by controlling the thrust outputs and positions of the motors to be as equal as possible, the potential “pull and drag” effect between the motors can be reduced and loads can also be equally shared. The proposed “position/thrust hybrid synchronous control” scheme is applied to the EDM to achieve high-speed, accurate machining, and the experimental results show that the synchronization error between the two parallel motors and the positioning accuracy are both satisfactory when operated under high-speed conditions.