含摩擦环节伺服系统的补偿控制

论文摘要

摩擦普遍存在于机电伺服系统中,它不但与接触表面间的正压力、相对速度相关,而且还与停滞时间相关,表现出摩擦记忆、变静摩擦等特性,从而导致了低速爬行,增大了稳态误差,降低了稳定性。为了消除或减小摩擦给系统带来的危害,提高伺服跟踪性能,本文研究了其控制补偿问题,主要内容如下:首先,以X-Y平台为研究对象,建立了基于动态LuGre摩擦模型的机电伺服系统模型,设计了非线性观测器,用于在线估计系统未知参数和受到的扰动;基于Lyapunov稳定性理论,应用反步积分方法,设计了反步控制器,保证了参数估值的收敛性和系统的全局稳定性。仿真结果表明,与传统的PID控制相比,反步积分自适应控制方法能够有效地对摩擦和其他干扰进行补偿,从而显著地减小了跟踪误差,增强了系统的鲁棒性。其次,针对LuGre摩擦模型,提出基于遗传算法的模型参数一步辨识方法,一次性辨识出摩擦模型中的静态参数和动态参数,克服了已有的两步辨识方法过程复杂、实验耗时等缺陷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源与背景
• 1.2 摩擦动态过程及特性
• 1.2.1 摩擦的静态特性
• 1.2.2 摩擦的动态特性
• 1.2.3 爬行现象
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 摩擦建模及补偿
• 2.1 摩擦模型
• 2.1.1 静态模型
• 2.1.2 动态模型
• 2.2 摩擦补偿方法
• 2.2.1 基于摩擦模型的补偿方法
• 2.2.2 不依赖于摩擦模型的补偿
• 2.2.3 基于智能控制的摩擦补偿
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于反步积分方法的摩擦非线性补偿
• 3.1 反步设计法
• 3.2 伺服系统建模
• 3.2.1 X-Y 平台建模
• 3.2.2 LuGre 摩擦模型
• 3.3 反步积分控制
• 3.3.1 参考速度控制信号
• 3.3.2 位置控制器设计
• 3.3.3 非线形观测器设计
• 3.3.4 系统自适应律的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 仿真结果分析
• 4.1 PID 控制
• 4.1.1 PID 控制原理
• 4.1.2 PID 参数整定
• 4.2 系统仿真框图
• 4.2.1 PID 仿真模型
• 4.2.2 反步方法仿真模型
• 4.2.3 观测器仿真框图
• 4.3 系统仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 LuGre 模型参数辨识
• 5.1 参数辨识发展现状
• 5.2 摩擦参数辨识方法
• 5.3 遗传算法的设计
• 5.3.1 遗传算法使用规则
• 5.3.2 基本遗传算法的形式和步骤
• 5.3.3 遗传算法参数设置
• 5.4 仿真实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 论文存在的不足和进一步工作
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果