开放式伺服系统中摩擦建模与自适应补偿研究

针对机械伺服系统中，非线性摩擦力的存在严重影响系统的动态及静态性能的问题，本项目提出一种开放式伺服系统中非线性摩擦建模与补偿的方法。在对现有摩擦模型进行深入分析和研究基础上提出的基于速度和位置信号的适于低、高速运动性能的新型综合摩擦模型具有准确、直观和利于工程实用等优点；本项目将基于摩擦特性的摩擦模型参数离线辨识方法和基于蚁群信息素的遗传算法理论有机地结合起来，研究摩擦模型参数的自适应辨识的技术基础和相关理论；搭建单轴高精度开放式实验平台和伺服仿真平台进行摩擦补偿、综合摩擦模型的反馈与修正等实验研究，为提高伺服系统的性能和定位精度提供理论和技术基础。

随着科技的不断发展，对伺服系统性能的要求越来越高，而摩擦环节严重制约了伺服系统的发展，非线性摩擦的建模与补偿技术已成为构建高性能伺服控制系统的关键技术，具有重要的理论意义和广泛的应用前景。本项目围绕开放式伺服系统中的非线性摩擦问题，采用理论建模、仿真分析和实验研究相结合的方法，分别从摩擦模型的参数辨识、模型修正以及基于模型的自适应摩擦补偿等方面进行了深入研究。通过三年的研究工作，已圆满完成项目计划内容，此外还初步研究了不同温度条件下的摩擦的变化，初步掌握了温度对摩擦影响的基本规律。.(1) 建立了基于速度、位置信号耦合特征的新摩擦模型，并以该模型模拟摩擦的静、动态特性，发现新模型不仅能够很好地反映摩擦预滑动位移、摩擦滞环、变化的临界静摩擦力和爬行现象等摩擦动静态特性，还能反映粘性摩擦随速度的升高其增长趋势逐渐减小的现象。.(2) 完成了模型参数辨识方法的仿真和优化设计，发现采用遗传算法辨识动态参数时，如果用仿真系统的期望位移来计算辨识误差，其辨识效率远低于用仿真系统的动态误差来计算辨识误差的辨识效率。.(3) 完成实际开放式伺服系统摩擦模型的参数辨识，得到了转矩纹波的参数以及与速度相关部分的参数。.(4) 分别采用前馈补偿和自适应补偿方法实现开放式伺服系统中的摩擦补偿，有效地提高了伺服系统的控制性能。.(5) 编写集运行数据采集、模型参数辨识和控制算法编辑一体化的上位机软件，实现建模和补偿过程的自动化。.(6) 在位置和速度等输入因素的条件外，初步探讨了摩擦与温度的关系。