基于信號特征的數(shù)控交流伺服進(jìn)給系統(tǒng)摩擦建模與補(bǔ)償研究.pdf

1、工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)廣泛用于機(jī)械制造和加工過程中。該系統(tǒng)中存在的多種非線性特性，如摩擦、間隙、磁滯效應(yīng)、飽和、未建模動(dòng)態(tài)特性和外部擾動(dòng)等，給系統(tǒng)的性能帶來很大影響，其中非線性摩擦對系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制性能的影響最為明顯。在消除了滾珠絲杠螺距誤差和間隙以后，高精度工作臺(tái)伺服進(jìn)給系統(tǒng)中存在的摩擦就成為影響運(yùn)動(dòng)控制精度的主要原因，如何有效的消除摩擦的影響已成為研究的關(guān)鍵問題。通過控制摩擦影響，實(shí)現(xiàn)期望的運(yùn)行性能是機(jī)電伺服控制系統(tǒng)中一個(gè)具有重大科學(xué)意義和實(shí)際

2、應(yīng)用價(jià)值的研究課題。 本文以滾珠絲杠與直線滾動(dòng)導(dǎo)軌組成的交流伺服驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)為研究對象，進(jìn)行摩擦測量、識別、建模和補(bǔ)償技術(shù)的研究，從理論和實(shí)踐上嘗試給出利用多信號耦合特征的摩擦分析、建模以及補(bǔ)償控制的方法。 首先利用激光多普勒儀對滾珠絲杠的螺距誤差進(jìn)行了測量與分析?；跍y量結(jié)果的分析和補(bǔ)償方法的理論分析，采用軟硬結(jié)合的方法對不同性質(zhì)的誤差進(jìn)行了分類補(bǔ)償。通過采用加裝原點(diǎn)開關(guān)和改進(jìn)原點(diǎn)捕捉方法，有效提高了系統(tǒng)的重

3、復(fù)定位精度；對于系統(tǒng)的周期性誤差和偶然性誤差，采用了一種誤差前饋補(bǔ)償控制方法；接著分析了其控制精度的改善和算法實(shí)現(xiàn)。在xY實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的有效性與理論分析的正確性，從而在不提高成本的情況下較好的改善了數(shù)控工作臺(tái)定位精度。 詳細(xì)分析了數(shù)控交流工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行了系統(tǒng)參數(shù)辨識。利用交流伺服驅(qū)動(dòng)器提供的力矩監(jiān)控信號，測量出摩擦力(矩)和穩(wěn)態(tài)速度之間的關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)建立

4、了一個(gè)簡化的Stribeck摩擦力模型，進(jìn)行了交流伺服工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)摩擦特性建模仿真研究，證明了摩擦仿真模型的有效性，為摩擦補(bǔ)償控制研究打下了必要的基礎(chǔ)。 提出了利用小波分析提取交流伺服電流中摩擦影響的信息特征的方法，該方法能識別出從靜摩擦力到動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)變過程中的信息特征，通過和位移輸出信號變化對比分析說明伺服電流里包含摩擦力矩的變化信息，特別是它能提供靜動(dòng)摩擦力發(fā)生突變的時(shí)間位置；同時(shí)，從靜摩擦力到動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)變過程中伺服電流

5、存在突變，并且伺服電流中的突變總是提前于工作臺(tái)的宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)刻。接著，繼續(xù)引入工作臺(tái)的加速度信號，通過實(shí)際測試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了工作臺(tái)從靜止到宏觀運(yùn)動(dòng)的過渡時(shí)間與零速度時(shí)刻對應(yīng)的加速度平方根的倒數(shù)成正比的定量關(guān)系，并且它不受負(fù)載變化影響。 從工程實(shí)用性的角度探索摩擦補(bǔ)償方法，提出了帶有摩擦前饋補(bǔ)償?shù)乃欧刂破鞯脑O(shè)計(jì)方法。XY工作臺(tái)進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中存在的伺服滯后和摩擦是降低工作臺(tái)位置跟蹤精度的兩個(gè)主要因素，一個(gè)完整的前饋補(bǔ)償包括兩個(gè)部分：

6、摩擦前饋補(bǔ)償器和命令前饋補(bǔ)償器。在GT-400運(yùn)動(dòng)控制器的現(xiàn)有功能上添加摩擦補(bǔ)償模塊，提升了工作臺(tái)的跟蹤精度，并與沒有前饋補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)控制器進(jìn)行了對比研究，進(jìn)行了期望速度和期望加速度軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明帶有命令前饋和摩擦前饋的．控制方案能取得更好的控制性能。 根據(jù)過渡時(shí)間與指令加速度的平方根的倒數(shù)成正比的關(guān)系，估計(jì)出過渡時(shí)間f<,break>，用它區(qū)分摩擦力的預(yù)滑動(dòng)區(qū)(presliding regime)和滑動(dòng)區(qū)，由此提出了基于