【摘要】：機電系統(tǒng)中存在著大量諸如摩擦非線性、間隙非線性等不利于準確位置控制的因素,尤其在高精度數(shù)控加工系統(tǒng)中,這些因素的存在使得線性控制的效果變差。在平面圓弧軌跡插補運動中,摩擦非線性的存在使得某一插補軸的速度反向時,圓弧軌跡發(fā)生畸變�；凅w現(xiàn)為在四個象限交替處的軌跡突起,得名過象限突起。過象限突起的存在降低了伺服系統(tǒng)控制的精確性以及運動的均勻性。因此,進行機理分析和摩擦補償,對于解決圓弧插補過程中的過象限突起問題具有重要意義。本文首先分析了摩擦非線性的各模型,陳述選擇Lu Gre摩擦模型的原因。之后給出了圓弧輪廓誤差與單軸跟蹤誤差的關系,并將平面雙軸的圓弧運動分解成兩個獨立的單軸運動進行分析,證明過象限突起的抑制可以從提升單軸位置跟蹤精度的角度下手。最后結合Lu Gre摩擦模型,建立滾珠絲杠伺服平臺含摩擦的單慣量剛性模型和雙慣量彈性模型。接著討論了Lu Gre摩擦模型的收斂性,將其用于仿真以復現(xiàn)過象限突起現(xiàn)象。利用Simulink定性分析了過象限突起的產(chǎn)生機理,從運動學的角度研究了象限突起的影響因素,并用象限毛刺幅值和象限毛刺持續(xù)時間兩個指標來衡量過象限突起的程度。仿真表明,圓弧插補的加速度越大,即圓弧插補的速率越大、圓弧半徑越小,象限毛刺的幅值越大、持續(xù)時間越長。然后提出了基于逆模型的轉(zhuǎn)矩反饋補償策略和基于摩擦模型的轉(zhuǎn)矩前饋補償策略;并通過仿真對比了兩種方法的優(yōu)劣。仿真結果表明,擾動觀測器雖然設計起來更為簡單,但只能部分抑制象限毛刺。在摩擦參數(shù)精確辨識的基礎上,摩擦前饋補償效果明顯,在庫侖摩擦、庫侖+粘滯摩擦、Lu Gre摩擦模型三種方案中,基于庫侖+粘滯摩擦的前饋補償就復雜度和補償效果來看最有優(yōu)勢。最后,在交流伺服電機拖動的滾珠絲杠平臺上,復現(xiàn)了過象限突起現(xiàn)象,測試了松下A6伺服驅(qū)動器的過象限突起抑制功能。并在實驗室自制驅(qū)動器中編寫基于庫侖摩擦、庫侖+粘滯摩擦、Lu Gre模型的摩擦前饋補償算法。實驗結果表明這三種方法均具有一定的抑制效果,其中庫侖摩擦+粘滯摩擦模型效果最佳。經(jīng)對比,本文采用象限毛刺補償策略能夠?qū)⒚谭到档轿匆种茣r的20%以下,效果優(yōu)于松下A6驅(qū)動器的“象限突起抑制”功能。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM921.541
【圖文】：

擦力、剪切力、間隙等非線性機械環(huán)節(jié)。電機、支撐軸承和螺母受到摩擦力矩，直線運動的部件與滾動導軌之間也會受到摩擦力環(huán)節(jié)的存在制約了伺服定位精度的提升，尤其是電機低速運行和非線性因素的影響尤為顯著。在位置控制精度要求高的軍事和工如數(shù)控機床、導彈舵機等用品中，伺服系統(tǒng)受到非線性因素作用置響應產(chǎn)生極限環(huán)振蕩[2]、定位末端抖振[3]、過象限毛刺[4]等。若措施，則會嚴重降低定位精度。課題研究的圓弧過象限突起(又稱為過象限毛刺)問題多發(fā)生在數(shù)[5]，由于在過象限處嚴重影響圓弧軌跡的跟蹤精度而受到廣泛的1-1 所示，是數(shù)控機床加工件出現(xiàn)的過象限突起現(xiàn)象。研究伺服系精度的問題雖然十分經(jīng)典，但過象限突起這一現(xiàn)象是近十年來才究點，究其根本是由于伺服系統(tǒng)位置傳感器的精度、伺服定位精和加工精度要求的提高[6]，才促使人們關注和研究這一微米級的而，作為高精度位置控制問題的一部分，研究過象限突起的抑制具有很重要的工業(yè)應用價值和研究價值。

圖 5-1 滾珠絲杠傳動平臺-1 給出了實驗平臺的主要參數(shù)。較為重要的有絲杠平臺的(rad/s)到直線運動側(cè)(mm/s)的轉(zhuǎn)化關系。在下面的實驗中，到直線側(cè)，統(tǒng)一用直線側(cè)的數(shù)據(jù)進行分析和比較。表 5-1 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)主要參數(shù)參數(shù)名稱 松下電機參數(shù)值 實驗室自制電機額定功率 Pn750 W 750W額定轉(zhuǎn)速 n 3000 r/min 3000r/m額定轉(zhuǎn)矩 Te2.39 N m 2.39 N 機轉(zhuǎn)動慣量 Jm1.56e-4 kg m21.82e-4 kg環(huán)增益 Kppos 630 0.1/s 30（標幺增益 pid1_spd.Kv 350 0.1Hz 160 0.1ms 5（標幺） 0.05轉(zhuǎn)指令脈沖數(shù) 100000cts 10000c平臺轉(zhuǎn)動慣量 Jl20 1.7e-4 kg m2（轉(zhuǎn)換到直線導軌側(cè)比（直線/旋轉(zhuǎn)） 20/1

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 譚文斌;李醒飛;裘祖榮;向紅標;張晨陽;;基于改進型LuGre模型的自適應滑模摩擦補償方法[J];天津大學學報(自然科學與工程技術版);2015年05期

2 馮斌;梅雪松;楊軍;牟恩旭;;數(shù)控機床摩擦誤差自適應補償方法研究[J];西安交通大學學報;2013年11期

3 王毅;何朕;;伺服系統(tǒng)的摩擦補償[J];電機與控制學報;2013年08期

4 倪風雷;劉宏;介黨陽;;基于速度觀測器的GMS摩擦模型辨識與補償[J];電機與控制學報;2012年11期

5 于偉;馬佳光;李錦英;肖靖;;基于LuGre模型實現(xiàn)精密伺服轉(zhuǎn)臺摩擦參數(shù)辨識及補償[J];光學精密工程;2011年11期

6 劉棟;梅雪松;張東生;;基于多采樣率控制的伺服系統(tǒng)摩擦補償研究[J];中國電機工程學報;2011年24期

7 顧向清;;SINUMERIK 840D自動過象限誤差補償QEC的應用[J];制造技術與機床;2010年06期

8 向紅標;裘祖榮;李醒飛;譚文斌;朱嘉;陳誠;張晨陽;;精密實驗平臺的非線性摩擦建模與補償[J];光學精密工程;2010年05期

9 襲著燕;路長厚;潘偉;陳淑榮;;帶有摩擦前饋補償?shù)乃欧刂破髟O計的研究[J];組合機床與自動化加工技術;2006年12期

10 李燁,嚴欣平;永磁同步電動機伺服系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及應用前景[J];微電機(伺服技術);2001年04期

相關博士學位論文 前1條

1 向紅標;開放式伺服系統(tǒng)的摩擦建模與補償研究[D];天津大學;2010年

相關碩士學位論文 前7條

1 郎志;多軸聯(lián)動伺服系統(tǒng)定位末端抖振抑制技術[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

2 鄭偉龍;伺服系統(tǒng)含間隙非線性的極限環(huán)機理分析及其抑制技術[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

3 張宇;多電機伺服系統(tǒng)摩擦補償與同步控制[D];北京理工大學;2015年

4 劉慧慧;基于速度相關和LuGre摩擦模型的滑動穩(wěn)定性分析[D];西安理工大學;2008年

5 王喜明;基于LuGre模型的摩擦力矩補償研究[D];中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所）;2007年

6 劉國平;機械系統(tǒng)中的摩擦模型及仿真[D];西安理工大學;2007年

7 王霞;基于X-Y平臺的摩擦補償理論研究[D];河北大學;2005年

本文編號：2740408