基于进给系统反馈信号的摩擦辨识方法

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1、作者简介：李鹏勃（1988—）,男，甘肃人，西安交通大学硕士生，研究方向为高速高精度运动控制技术，(E-mail)pengbo_li@126.com。基金项目：国家自然科学基金项目“基于无传感器的大型数控机床性能评估”（编号：50875203）； 国家重点基础研究发展规划资助项目：难加工异形零件复合加工过程的误差波动监测与工艺能力评估(2011CB706805)。基于进给系统反馈信号的摩擦辨识方法李鹏勃，赵飞，梅雪松，陶涛，冯斌(西安交通大学机械工程学院，710049西安）摘要：为了准确辨识进给系统摩擦特性，提高数控机床加工精度，本文以S

2、tribeck摩擦模型作为辨识对象，针对传统的摩擦辨识方法存在的问题，提出了在分析加速运动过程反馈信号的基础上再进行匀速测试的辨识方法。基于该方法进行实验，并使用EMD(EmpiricalModelDecomposition)方法和最小二乘法对实验数据分析后得到了摩擦模型的参数；实验结果表明本文提出的方法与传统的摩擦模型辨识方法对比，具有操作简单、节省实验时间和辨识准确的特点。关键词：进给系统；摩擦辨识；反馈信号；EMDAFrictionIdentificationMethodBasedonFeedbackSignalsofServoFe

3、edSystemLiPengbo,ZhaoFei,MeiXuesong,TaoTao，FengBin(SchoolofMechanicalEngineering,Xi'anJiaotongUniversity,Xi'an710049,China)Abstract:Inordertoaccuratelyidentifythefrictionstatusofservofeedsystemandimprovetheprocessingaccuracyofthenumericalcontrolmachine,thispaperselectsthe

4、Stribeckfrictionmodelandproposesanidentificationmethod,which,tosolvetheproblemsofthetraditionalone,usesconstantvelocitytestsbasedonthefeedbacksignalsanalysisofservofeedsystemduringtheaccelerationprocess.Theparametervaluesofthefrictionmodelareacquiredthroughanalyzingtheexp

5、erimentaldatawiththeEMDandtheleastsquaremethod.Thecontrastbetweentheproposedmethodandthetraditionaloneshowsthenewmethodisaccurate,time-savingandeasytoconduct.Keywords：Servofeedsystem;Frictionidentification;Feedbacksignals;EMD0引言对于数控机床的伺服进给系统，摩擦环节是提高系统性能的障碍，会使系统响应出现爬行、振荡或稳

6、态误差[1]。为了减小摩擦对数控机床性能的影响，目前主要通过两种方法降低摩擦的影响：一是选择合适的控制策略；二是对摩擦进行补偿，基于摩擦模型的补偿方法是近年来的研究热点，其关键是如何选择一个合适的摩擦模型并且对模型参数进行准确的辨识[2]。Stribeck模型由于考虑了负斜率现象，能够以90%的精度近似拟合低速区域的摩擦力[3]，因此本文选择Stribeck摩擦模型作为辨识对象。摩擦模型的辨识方法主要有在线辨识方法和离线辨识方法两类。在线辨识是利用系统实时运行中得到的数据来估计摩擦模型，KaanErkorkmaz等人利用Kalman滤波器

7、进行了摩擦辨识[4],李书训采用一种非线性摩擦观测器在线测得摩擦模型[5]。在线辨识的优点是能够实时跟踪系统摩擦模型的参数变化，但缺点是具有摩擦动态辨识功能的控制器设计复杂。离线辨识方法是进行匀速测试实验，然后建立稳态速度和摩擦力的关系。Johnson在没有考虑电机影响的前提下通过实验数据计算得到了黏性摩擦系数和库伦摩擦力值[6]；丛爽通过调整matlab仿真参数使输出和实际输出一致来辨识模型参数；田政采用最小二乘法进行了辨识[7]。离线辨识中使用的匀速测试存在一个问题：对于不同的条件，匀速测试时的速度测试范围和测试间距很难选择。因此，有

8、必要寻找确定摩擦非线性区对应速度范围的方法，来合理的规划匀速测试时速度测试范围和间距。为了提高参数的辨识效率和精度，提出了在分析加速运动过程反馈信号的基础上再进行匀速测试的辨识方法。结合EMD