直线一级倒立摆中的非线性摩擦补偿控制研究

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1、摘要几乎所有的机电伺服系统中都存在摩擦，摩擦环节的存在是导致系统性能恶化的主要因素之一，因此如何合理解决系统中存在的摩擦环节，尤其是非线性摩擦环节的制约问题成为当前的研究热点。本文针对直线一级倒立摆伺服系统中的非线性摩擦补偿进行研究，提出采用位置环PD控制器结合非线性摩擦补偿控制器来消除非线性摩擦的干扰，以提高倒立摆系统的抗干扰性和位置跟踪精度。综合考虑实际系统中的非线性摩擦，提出采用改进的Southward算法对系统中的摩擦干扰进行抑制。论文首先建立了倒立摆伺服系统的数学模型，对系统速度环参数和摩擦模型进行了参数辨识。其次介绍了改进的Southward算法的基本思想和设计

2、原则，根据Lyapunov稳定性判据分析了系统的稳定性，得出了系统稳定的条件。最后设计了位置环PD控制器和非线性摩擦补偿控制器。通过MATLAB／Simulink／xPC对系统进行了半物理仿真，在倒立摆实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明，本文提出的方法能有效抑制非线性摩擦的干扰，且实现简单，在跟踪周期性交变信号上，优于传统PD控制器，易于在高速高精度系统中应用。关键词：倒立摆；非线性摩擦；参数辨识；位置跟踪；稳定性ABSTRACT1kfrictionalmostexistsinallelectricalandmechanicalSel-VOsystem,which

3、isoneofthemainfactorsresultindeteriorationofsystemperformance．Howtosolvetheinfluencesofthefrictionreasonable,especiallynonlinearfrictionconstraintsbccom嚣thefocusofthecurrentresearches．Inthisthesis．thenonlinearfrictionofallinvertedpendulum∞n，osystemisresearched．1rI圮position-loopPDcontroller

4、andnonlinearfrictioncompensationcontrollerisusedtoeliminatethenonlinearfrictioninfhlence$，andtoraisetheinvertedpendulumAnti-jammingandlocationtrackingaccuracy．TheimprovedSouthwardalgorithmisadoptedtosuppressthefrictioninfluenceofmeactualsystem．Inthepaper,也emathematicalmodeloftheinvertedpen

5、dulumservosystemisfurstlyestablished；theparametersofspeed-loopandfrictionmodelareidentified．SecondlythebasicideaanddesignprinciplesoftheimprovedSouthwardalgorithmarein拄oduced．ThestabilityofthesystemisanalyzedwiththeLyapunovstabilitycriteriontoprovethatthesystemisstable．FinallythePDcontroll

6、erandthenonlinearfrictioncompensationcontrolleraledesigned．Thesemi-physicalsimulationofthesystemiscarriedoutbyMATLAB／Simulink／xPC，andthecontrolmethodsmentionedarcappliedtotheplatformoftheinvertedpendulum．SimulationandexperimentalresultsshowthatthismethodcaneffectivelyinhibRnonlinearfrictio

7、ninfluences,andbeeasilyappliedtohigh-speed／high-accuracysystems，andsuperiortothetraditionalPDconnoflerfortheperiodicaltemtivesignal．Keyword：Invertedpendulum；Nonlinearfi'iction,Parameteridentification；Locationuacking；StabilityII学位论文独创性声明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的