一种直流力矩电机系统的自适应摩擦补偿方法

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和负载扰动,为提高转台位置跟踪精度,提出了一种新的自适应补偿方法.电机中摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的 LuGre 动态模型.该方法控制器包含一个参数自适应律和等效 PD 控制律来估计未知 LuGre 模型参数和负载力矩参数并给与补偿.最后 Lyapunov 方法和仿真结果证明该自适应补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪,提高了转台摇摆跟踪精度.     

一种直流力矩电机系统的自适应摩擦补偿方法

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和负载扰动，为提高转合位置跟踪精度，提出了一种新的自适应补偿方法。电机中摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的LuGre动态模型。该方法控制器包含一个参数自适应律和等效PD控制律来估计未知LuGre模型参数和负载力矩参数并给与补偿。最后Lyapunov方法和仿真结果证明该自适应补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪，提高了转台摇摆跟踪精度。     

基于观测器摩擦补偿的机电系统高精度控制

针对机电作动系统在低速阶段摩擦非线性明显且同时存在其他干扰,易导致系统跟踪精度、稳定性下降这一问题,设计基于非线性观测器摩擦补偿的自适应鲁棒控制器. 针对摩擦非线性,利用LuGre摩擦模型描述系统的摩擦现象,提出非线性观测器对模型的内部摩擦状态进行观测. 针对系统摩擦系数、转动惯量及其他不确定性参数,设计参数自适应律进行估计. 利用前馈补偿的方法,对摩擦非线性和参数不确定性进行补偿,设计鲁棒项克服系统的其他扰动. 利用Lyapunov稳定性定理证明了提出的控制器在存在扰动的情况下可以实现系统的有界稳定性. 实验结果表明,提出的控制器具有较高的控制精度与较强的鲁棒性,跟踪精度较传统的PID控制器提高了一个数量级.     

基于双观测器的机器人自适应摩擦补偿控制

针对机器人系统中存在关节摩擦的问题,提出一种基于终端滑模观测器和摩擦状态观测器的双观测器自适应摩擦补偿反演控制方案:为避免速度测量带来的噪声影响,设计终端滑模观测器对机器人的速度进行估计;考虑到摩擦力无法直接获取,采用连续LuGre摩擦模型,设计摩擦状态观测器和摩擦参数自适应律,得到摩擦的估计值;结合摩擦估计值设计反演控制器,使机器人在受到关节摩擦影响的情况下能有效跟踪期望位置轨迹。最后通过Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性以及机器人轨迹跟踪误差的收敛性,并通过MATLAB仿真验证该控制方案的有效性。仿真结果表明,该控制方法能有效抑制关节摩擦对机器人轨迹跟踪的影响,提高了系统的位置跟踪精度。     

柔性滤波驱动机构的自适应动态面模糊控制

以具有可控界面弹性变形的柔性滤波驱动机构为研究对象,考虑柔性变形、摩擦和传动误差等非线性因素的影响,建立了基于LuGre摩擦模型的系统数学模型。利用模糊逻辑在线逼近系统中的未知参数与非线性项,通过逐步引入一阶滤波器设计了虚拟控制量,构建了自适应动态面模糊控制器。利用Lyapunov理论证明系统所有闭环信号半全局一致有界。与传统PID做比较,仿真实验结果表明所提出的控制策略抑制摩擦等非线性项的干扰,提高了系统的跟踪精度与鲁棒性。     

含摩擦的双电机伺服系统快速终端滑模控制

针对含LuGre稳态摩擦力的双电机伺服系统,通过引入含速度项的指数函数,提出一种连续可微的LuGre稳态摩擦模型,解决了原有模型不可微的缺点,该模型能够有效刻画Stribeck现象、库伦摩擦、粘滞摩擦等多种摩擦特征;为了进一步解决系统的同步和跟踪问题,基于该连续可微摩擦模型,引入表征同步率的可变系数设计了可变系数的快速终端滑模控制器,并运用Lyapunov方法证明了在给定控制律下,系统能够实现先同步控制后跟踪控制．仿真结果表明提出的控制方法具有快速收敛速度和高跟踪精度．     

无模型动态摩擦的自回归小波神经补偿控制

针对低速伺服系统的摩擦补偿问题,提出一种基于自回归小波神经网络的智能控制算法,无需预知系统的动力模型参数,仅通过闭环位置反馈,网络即能利用极少的神经元和迭代次数实现对非线性摩擦的高精度补偿.Lya-punov稳定性分析结果证明了跟踪误差和网络权值的有界收敛性.某型机器人关节的伺服实验结果表明,引入自回归小波神经补偿算法后的伺服定位精度得以大幅度提高.     

基于简化非线性观测器的LuGre动态摩擦力补偿

针对机械手臂控制中使用LuGre模型进行动态摩擦力补偿时的内部摩擦力状态识别问题,在已有的非线性观测器和基于滑模的观测器的研究基础上,缩减非线性观测器中的冗余部分,提出简化非线性观测器.采用Lyapunov方法分析基于该观测器的自适应控制算法的稳定性,说明简化观测器的使用条件为加入合适的低通滤波器,消除速度采样高频波动对观测结果的影响.实验结果对比了3种内部摩擦力状态观测器在动态LuGre摩擦力补偿中对手臂控制效果的影响,采用3种观测器进行自适应跟踪控制时的位置跟踪精度分别可以达到0.010、0.009和0.004 rad.实验表明,采用简化观测器可以取得比前2种观测器更好的自适应控制效果.     

板球系统的非线性摩擦补偿控制

为提高位置控制精度,提出了基于非线性观测器的板球系统摩擦非线性补偿控制方法。在扩展的系统状态空间中构造了非线性状态观测器估计摩擦力。由输入输出精确反馈线性化和最优控制理论设计了考虑摩擦补偿的镇定位置控制器。根据变结构控制理论设计了可精确消除摩擦的跟踪位置控制器。仿真结果说明了上述摩擦非线性补偿控制方法的可行性。镇定控制实验表明非线性摩擦补偿控制明显减小了稳态位置偏差。跟踪控制实验表明摩擦补偿控制明显提高了轨迹跟踪控制精度。     

基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略

为了进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力,提出了一种基于LuGre摩擦模型与扰动观测器(DOB)相结合的扰动补偿控制方案。首先,对某型两轴两框架平台系统速度环进行建模,并进行扰动分析,设计了扰动控制方案。然后,对平台进行摩擦模型参数辨识试验,在摩擦补偿的基础上设计扰动观测器,并通过仿真试验验证了方案的可行性。最后,为了测试该控制方案的可行性和必要性,将航空光电稳定平台安装于模拟转台上进行试验,测试其加入摩擦补偿和扰动观测器后平台的扰动抑制能力。试验结果表明:该控制方案在模拟飞行转台以3Hz以内任意频率正弦运动的情况下,系统的扰动隔离度至少提高了14.52dB;且系统在低速运行时,其跟踪性能明显提高,跟踪误差的均方值由原来的0.1959°/s减小到0.0838°/s。同时,通过振动试验验证了该控制方案对质量不平衡引起的干扰也有很好的抑制作用,具有较好的鲁棒性和较高的实用价值。     

Adaptive high precision position control of servo actuator with friction compensation using LuGre model

Adaptive control of servo actuator with nonlinear friction compensation is addressed.LuGre dynamic friction model is adopted to characterize the nonlinear friction and a new kind of sliding-mode observer is designed to estimate the internal immeasurable state of LuGre model.Based on the estimated friction state,adaptive laws are designed to identify the unknown model parameters and the external disturbances,and the system stability and asymptotic trajectory tracking performance are guaranteed by Lyapunov function.The position tracking performance is verified by the experimental results.     

Adaptive robust control for electrical cylinder with friction compensation using modified LuGre model

The position tracking control problem of an electrical cylinder in the presence of dynamic friction nonlinearities in its transmission process is addressed in this paper. First, a torque decou- piing approach is proposed to formulate the dynamic model. Secondly, to compensate the friction in the case of servo motion, a modified LuGre model is designed to make a continuous transition be- tween a static model at a high speed and a LuGre model at a low speed to avoid instability due to dis- cretization with a finite sampling rate. To accelerate the speed of estimating time-varying parame- ters, a fast adaption law is proposed by designing an attraction domain around a rough value related to the load force. Finally, a discontinuous projection based adaptive robust controller is synthesized to effectively handle parametric uncertainties for ensuring a guaranteed robust performance. A Lya- punov stability analysis demonstrates that all signals including tracking errors have the guaranteed convergent and bounded performance. Extensive comparative simulations with sinusoidal and point- point tracks are obtained respectively in low and high speeds. The results show the effectiveness and the achievable control performance of the proposed control strategy.     

基于LuGre模型的气缸摩擦力特性研究

为满足高精度电-气比例/伺服控制系统设计时基于模型的摩擦力补偿需要,基于LuGre模型建立气缸的动态摩擦模型.搭建了一个新型的气缸摩擦力测试台,通过测量活塞匀速运动时摩擦力与活塞速度的关系辨识了模型中的静态参数;针对在时域估计模型动态参数存在诸多困难,提出将活塞的运动方程在平衡点附近线性化,通过测量活塞位移和驱动力之间的频率响应函数来间接估计动态参数值.测试了气缸在不同腔内压力下的摩擦力特性,结果表明：库伦摩擦力、最大静摩擦力和黏性摩擦系数与压力近似成线性关系,而Stribeck速度和模型动态参数基本不受气缸两腔压力变化影响.正弦变化力激励下的活塞位移计算曲线和实验结果对比表明,参数估计准确,该模型能很好的描述气缸的摩擦力特性.     

连杆侧无传感器下机器人柔性关节系统的零力控制

针对机器人直接示教应用场景,提出机器人柔性关节系统在连杆侧无传感器下的零力控制方法. 引入动态LuGre摩擦模型进行关节摩擦力矩估计,采用2段四次多项式建立柔性关节系统刚度模型,基于广义动量观测关节力矩. 该方法利用刚度逆模型以及关节力矩估算谐波减速器扭转位移,结合谐波减速器运动传递特性估计连杆侧角度并计算重力矩,利用连杆动力学方程估计接触力矩. 构建期望的电机驱动力矩（包含估计的重力矩、摩擦力矩与接触力矩）,通过对该期望电机驱动力矩的跟踪实现零力控制. 在搭建的机器人柔性关节系统实验平台上进行实验. 实验结果表明,完成相同的拖动示教过程时,该方法所需要的接触力矩约为1.8 N·m. 基于重力矩与摩擦力矩补偿的零力控制方法需要接触力矩约为3.4 N·m. 功率级脱离示教所需要的接触力矩约为14 N·m,验证了所提方法的实际效果.