机械伺服系统输出反馈非线性摩擦补偿控制

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随着人类社会生活向着自动化、智能化方向的发展,高精度机械得到了越来越广泛的应用,如何提高机械伺服系统精度也相应地得到了越来越多的关注。几乎所有的机械伺服系统中都存在非线性摩擦,它的存在对系统的性能产生不可忽视的影响。摩擦环节不但会增大系统的稳态误差,而且会导致系统出现极限环振荡、低速爬行等现象。摩擦严重制约着机械伺服系统的运动精度,因此如何解决摩擦问题成为现代机电设备研究的一个重要方向。  本文主要研究了机械伺服系统不基于速度测量的输出反馈摩擦补偿方法。基于大多数的机械伺服系统都只能提供精确的位置信息而速度信息不可测得现实,本文提出了三种非常简便、易于工程实现的控制方法,实现了只基于位置测量的机械伺服系统输出反馈摩擦补偿,具体工作概括如下:  首先,为了便于问题的开展和解决,从系统模型精确已知入手,提出了一种基于机械伺服系统模型信息的输出反馈PD+控制方法;并应用Lyapunov直接方法和Barbalat引理证明了在此控制律作用下机械伺服系统的全局渐近稳定性。其次,考虑到在实际工程应用中系统的精确模型信息很难获得,提出了一种完全不基于模型的输出反馈PD控制方法;相比于输出反馈PD+控制,输出反馈PD控制最大的优势是不需要精确知道系统的模型信息,增大了控制方法的适用范围,更易于工程实现。最后,为了进一步提高系统的轨迹跟踪精度,引入了一类非线性函数,提出了一种输出反馈非线性PD控制方法,理论分析和数值仿真结果说明了控制方法的有效性。最后对三种控制方法的轨迹跟踪误差进行对比,结果表明,引入了非线性函数的输出反馈非线性PD控制方法比另外两种控制方法收敛速度更快,获得了更好的性能。
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