带有摩擦补偿的零相位误差跟踪控制器的研究

论文摘要

运动控制技术是决定数控机床性能优劣的关键技术。目前,国内的运动控制技术与欧美发达国家及日本等尚有较大的差距。而中国作为世界的加工制造中心,对于精密加工设备的需求越来越多。特别是由于加工精度要求的不断提高,对数控机床的性能指标提出了更高的要求。因此对于运动控制技术的理论研究一直是我国科技研究的重点之一。本课题研究的目的是为提高运动控制系统跟踪精度提供理论依据和实践手段。本文的研究内容主要包括以下几个方面:（1）分析了X-Y平台控制系统的结构和系统伺服滞后对平台跟踪精度的影响,研究了零相位误差跟踪控制算法,提出了运动控制系统中该算法的通用设计方案。（2）研究了运动控制系统摩擦干扰的机理和摩擦力模型的形式,通过计算机仿真,验证了LuGre模型可以作为本系统的摩擦模型。（3）通过实验的手段,辨识了两个单轴伺服系统的模型,为零相位误差跟踪控制器和前馈摩擦补偿器的设计做好准备。（4）对零相位误差跟踪控制算法和基于LuGre模型的前馈摩擦补偿器进行了计算机仿真和实验验证,表明了这两种办法可以有效地抑制由系统伺服滞后和摩擦而引起的跟踪误差。经过计算机仿真和实验验证,表明本文设计的零相位误差跟踪控制器减小了由于伺服落后而造成的跟踪误差,前馈摩擦补偿器有效地抑制了系统摩擦对于跟踪性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外相关技术的发展现状
• 1.3.1 零相位误差跟踪控制器的发展现状
• 1.3.2 摩擦模型及其补偿方法的发展现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 零相位误差跟踪控制算法的分析和设计
• 2.1 引言
• 2.2 速度环与位置环的参数整定
• 2.3 零相位误差跟踪控制器的设计
• 2.3.1 完美跟踪控制
• 2.3.2 不可对消的闭环零点
• 2.3.3 零相位误差跟踪控制器
• 2.4 本章小结
• 第3章 运动控制系统摩擦干扰特性的模型分析
• 3.1 引言
• 3.2 X-Y平台的摩擦力机理分析
• 3.3 动态摩擦力模型（LUGRE MODEL）分析
• 3.4 动态摩擦力模型的仿真研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 运动控制系统动态模型的研究
• 4.1 引言
• 4.2 X-Y工作台数学模型的结构
• 4.3 系统参数的辨识
• 4.4 系统参数辨识的结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 运动控制系统算法的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 控制器结构
• 5.3 速度回路和位置回路的设计与实现
• 5.4 零相位误差跟踪控制器的设计与实现
• 5.5 前馈摩擦补偿器的设计与实现
• 5.6 控制器的仿真结果与分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 运动控制系统的实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 运动控制平台的设计
• 6.3 运动控制系统主程序设计
• 6.4 实验结果
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢