伺服系统过象限突起抑制技术.pdf

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1、硕士学位论文伺服系统过象限突起抑制技术ANALYSISANDSUPPRESSIONOFQUADRANTGLITCHESFORSERVOSYSTEM胡坤哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文伺服系统过象限突起抑制技术硕士研究生：胡坤导师：杨明教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM351U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringAN

2、ALYSISANDSUPPRESSIONOFQUADRANTGLITCHESFORSERVOSYSTEMCandidate：HuKunSupervisor：Prof.YangMingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工

3、学硕士学位论文摘要机电系统中存在着大量诸如摩擦非线性、间隙非线性等不利于准确位置控制的因素，尤其在高精度数控加工系统中，这些因素的存在使得线性控制的效果变差。在平面圆弧轨迹插补运动中，摩擦非线性的存在使得某一插补轴的速度反向时，圆弧轨迹发生畸变。畸变体现为在四个象限交替处的轨迹突起，得名过象限突起。过象限突起的存在降低了伺服系统控制的精确性以及运动的均匀性。因此，进行机理分析和摩擦补偿，对于解决圆弧插补过程中的过象限突起问题具有重要意义。本文首先分析了摩擦非线性的各模型，陈述选择LuGre摩擦模型的原因。之后给出了圆弧轮廓误差与单轴跟踪误差的关系，并将平面双轴的圆弧运动分解成两个独立

4、的单轴运动进行分析，证明过象限突起的抑制可以从提升单轴位置跟踪精度的角度下手。最后结合LuGre摩擦模型，建立滚珠丝杠伺服平台含摩擦的单惯量刚性模型和双惯量弹性模型。接着讨论了LuGre摩擦模型的收敛性，将其用于仿真以复现过象限突起现象。利用Simulink定性分析了过象限突起的产生机理，从运动学的角度研究了象限突起的影响因素，并用象限毛刺幅值和象限毛刺持续时间两个指标来衡量过象限突起的程度。仿真表明，圆弧插补的加速度越大，即圆弧插补的速率越大、圆弧半径越小，象限毛刺的幅值越大、持续时间越长。然后提出了基于逆模型的转矩反馈补偿策略和基于摩擦模型的转矩前馈补偿策略；并通过仿真对比了两种

5、方法的优劣。仿真结果表明，扰动观测器虽然设计起来更为简单，但只能部分抑制象限毛刺。在摩擦参数精确辨识的基础上，摩擦前馈补偿效果明显，在库仑摩擦、库仑+粘滞摩擦、LuGre摩擦模型三种方案中，基于库仑+粘滞摩擦的前馈补偿就复杂度和补偿效果来看最有优势。最后，在交流伺服电机拖动的滚珠丝杠平台上，复现了过象限突起现象，测试了松下A6伺服驱动器的过象限突起抑制功能。并在实验室自制驱动器中编写基于库仑摩擦、库仑+粘滞摩擦、LuGre模型的摩擦前馈补偿算法。实验结果表明这三种方法均具有一定的抑制效果，其中库仑摩擦+粘滞摩擦模型效果最佳。经对比，本文采用象限毛刺补偿策略能够将毛刺幅值降到未抑制时的

6、20%以下，效果优于松下A6驱动器的“象限突起抑制”功能。关键词：过象限突起；摩擦模型；摩擦前馈补偿；扰动观测器；圆弧插补-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInelectromechanicalsystems,therearemanyfactorsthatarenotconducivetoaccuratepositioncontrol,suchasfrictionnonlinearity,backlashnonlinearity,etc.Especiallyinhigh-precisionCNCmachiningsystems,thepresenceofthesef

7、actorsmakeslinearcontrolperformworse.Inthecirculararcpathinterpolationmotion,whenthefrictionnonlinearitymakesthespeedofacertaininterpolationaxisreverse,thearctrajectoryisdistorted.Distortionmanifestsitselfintrajectoryprojectionsin