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直线电机系统的摩擦力辨识及其控制

钟文斌  
【摘要】: 通常情况下,一个运动控制系统分为机械结构和控制算法两部分,如何使两部分有效合理的结合以达到最优的运动控制效果一直是大家研究的内容。随着半导体技术及加工工业的发展,新的生产要求给运动控制系统提出了更高的要求,这种要求趋向于高速高精度。对此,我们可以从两方面考虑解决方案。首先提高机械系统本身性能,包括实现高加速度,高速度,提高刚性,减小非线性摩擦力等;其次是基于运动控制器的设计出发,设计具有强鲁棒性,能有效抑制外部参数变化的控制器。本文的主要工作是依据这样的思路展开的,首先从系统建模和辨识入手,因为摩擦力是引起系统性能下降的一个主要因素,所以本文先分析了适用于本课题的摩擦力模型,并应用谐波平衡原理来解决摩擦力的非线性问题,把系统模型分为线性和非线性两部分,线性部分由一种偏置输入的方法得到了较为精确的模型;之后应用描述函数法对非线性摩擦力进行建模,辨识摩擦力的各个组成部分所需要的数据通过极限环的方法得到。最终得到的实验结果和仿真结果很好的吻合。在完成了系统建模及摩擦力辨识之后,我们设计了一种鲁棒控制器,该控制器由摩擦力补偿器,反馈控制器,扰动观测器构成。大量实验证明,该控制器不但能使系统达到我们所期望的运动精度,而且具有极好的鲁棒性能,能有效的抑制外部干扰,基本能实现我们的要求。


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