基于摩擦模型的电动缸PID摩擦补偿控制研究.pdf

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1、第8期组合机床与自动化加工技术NO．82013年8月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueAug．2013文章编号：1001—2265(2013)08～0066—03基于摩擦模型的电动缸PID摩擦补偿控制研究木山显雷，程刚，刘后广(中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221116)摘要：为改善伺服电动缸中非线性摩擦环节对其运动控制性能的影响，文章从控制角度出发，利用摩擦补偿控制策略对系统中的摩擦力进行补偿，以提高运动控制精度。首先建立了电动缸的动力学模型，然后基于LuGr

2、e摩擦模型利用PID控制算法进行了摩擦补偿控制器的设计，并采用遗传算法对摩擦参数进行了辨识，最后进行了仿真分析。通过仿真结果可以得出，增加摩擦补偿后，电动缸的位置跟踪精度有了很大的改善，验证了该摩擦补偿控制策略的有效性。关键词：电动缸；LuGre摩擦模型；遗传算法；摩擦补偿控制中图分类号：TP273文献标识码：AResearchonPIDFrictionCompensationControlStrategyfortheElectricCylinderBasedonFrictionModelSHANXian—lei，CHENGGan

3、g，LIUHou—guang(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，XuzhouJiangsu221116，China)Abstract：Toimprovethenonlinearfrictionimpactonthemotioncontro1performanceoftheservoelec—triccylinder，andtoimprovethemotioncontrolaccuracy，afriction

4、compensationcontrolstrategywasa—doptedtocompensatethefrictions．Firstly，thedynamicmodelofelectriccylinderwasestablish．Sec—ondly，thefrictioncompensationcontrollerwasdesignedbasedontheLuGremodelandthePIDcontrolalgorithm，andthefrictionparameterswereidentifiedbytheGeneticA

5、lgorithm．Lastly，thesimulationanalysiswaspresented．Thesimulationresultsshowedthatthepositiontrackingaccuracyoftheelectriccylinderwasimprovedgreatlyafterthefrictioncompensation．Keywords：electriccylinder；LuGremodel；geneticalgorithm；frictioncompensationcontrol用摩擦补偿控制策略对运动

6、系统的摩擦力进行抵O引言消，从而提高系统的运动控制精度。电动缸是一种将电机的旋转运动经由丝杠转变对于运动控制系统的摩擦补偿问题，国内外都为推杆的直线往返运动并能够带动负载的执行元进行了大量研究，摩擦补偿方法分为基于摩擦模件，是一体化设计的模块化产品，可以实现位置、速型的补偿方法和不依赖于摩擦模型的补偿方法。度和推力的精密控制。电动缸具有控制性能优越、不依赖于摩擦模型的补偿方法原理简单，但是低速操作维护简单、刚性高、抗冲击能力强等优点，已被时的摩擦补偿能力有限。在基于摩擦模型的补偿方广泛应用于军事、工业、医疗等领域。法中，很多学者在

7、基于库仑摩擦模型的补偿、基于库在电动缸的运动过程中，各接触面间存在的非仑摩擦+粘滞摩擦模型的补偿、基于静摩擦+库仑线性摩擦环节在很大程度上影响了运动系统的定位摩擦+粘性摩擦模型的补偿、基于Karnopp摩擦模型和低速跟踪精度。因此，为了改善电动缸运动系统的补偿及基于指数摩擦模型的补偿等方法做了深入的动静态性能，就要将其各环节的摩擦力进行消除研究。本文考虑到LuGre摩擦模型能够全面地或者抑制。传统的方法通过提高运动部件的精度以反应运动系统的摩擦特性。。，因此将基于LuGre摩及改善接触面之间的润滑条件在一定程度上能够减擦模型对电动

8、缸的摩擦补偿控制策略进行研究。少系统的摩擦，但不可能消除摩擦，而且这种方法还会显著增加生产成本⋯。本文从控制角度出发，采收稿日期：2013一O1—29；修回日期：2013—02—19基金项目：国家自然科学基金(51275512)作者简介：山显雷(1