直线电机摩擦力动态补偿研究

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1、2013年1月机床与液压Jan．2013第41卷第1期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．41No．1DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．O1．021直线电机摩擦力的动态补偿研究王钰锞，陈守强，李成己(西华大学机械工程与自动化学院，四川成都610039)摘要：由于非线性摩擦力的影响，高精度的直线电机滑台在低速运动时跟踪精度会受到较大的影响。从实际运用的角度出发，在传统的Stribeck摩擦数学模型的基础上引入位置参数建立新的模型，对非线性摩擦力进行补偿，并根据模型的特点设计前馈积分控制器进行系

2、统辨识和补偿。采用Lyapunov函数和LaSalle不变性原理分析系统的稳定性。仿真结果表明：采用该模型提高了滑台的跟踪性能。关键词：直线电机滑台系统；摩擦力；动态补偿中图分类号：TM359．4文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)1—073～3ResearchonDynamicCompensationofFrictioninLinearMotorWANGYuke，CHENShouqiang，LIChengji(SchoolofMechanicalEngineering，XihuaUniversity，ChengduSic

3、huan610039，China)Abstract：Thetracingprecisionofhigh—preciselinearmotorisgreatlyinfluencedwhenitmovedatalowspeedbecauseofthefriction．Fromthepointofpractice，onthebasisoftraditionalStribeckfrictionmodel，positionparameterwasaddedtosetupanewmode1．Accordingtothenewmodel，afeedfor

4、wardcontrollerwasdesignedtoidentifyandcompensatethesystem．ThestabilityofthesystemswasanalyzedbyusingLyapunovfunctionsandLaSalleinvarianceprinciple．Thesimulationresultsshowusingthemodel，thetracingperformanceisimproved．Keywords：Linearmotorslidersystem；Friction；Dynamiccompens

5、ation直线电机滑台系统在低速运行时，由于非线性1带有摩擦力的直线电机滑台系统摩擦力，使得滑台在低速时跟踪精度显著下降，造直线电机滑台系统需要高的跟踪精度，而滑台低成很大的跟踪误差。在各种性能指标中，低速性能速时精度是系统跟踪精度的根本保证。滑台由直流直是滑台整体性能优劣的重要标志之一。所以如何保线电机与负载直接耦合驱动，滑台在低速运行时，非证滑台的低速平稳性和低速跟踪精度，成为研究的线性摩擦力的存在不容忽视。图1是简化的带有摩擦热点。相应地，许多学者也提出了不同的摩擦力补力作用的直流直线电机耦合驱动滑台系统传递函数框偿方法，分为如下两类

6、：把摩擦看成系统外部的扰图。动使用如非线性PID⋯、神经网络补偿、自适应补偿、模糊补偿方法抑制，但效果并不十分理想；另一类是基于模型的前馈预测补偿控制研究，使用建立好的模型来预测摩擦力的行为。至今，已提出的摩擦力模型有很多：库仑摩擦模型、库仑摩擦+图1带摩擦的直线电机系统传递函数简图黏滞摩擦模型、静摩擦+库仑摩擦+黏滞摩擦模图中：R为电机电枢电阻；Tc=L／R为电枢回型、Stribeck摩擦模型、Dahl模型、Bristle模型、路电磁时间常数，为电机电感。分析采用的摩擦力BlimanandSorine模型、LuGre模型等。在国内，还模型

7、为Stribeck模型，数学表达式为未在工业控制中普遍使用LuGre模型。目前使用最Ff(j)=Fcsgn(j)+(F一Fc)e-ctl~sgn(j)+Kvj多的是采用静态Stribeck摩擦模型来补偿不同导轨(1)位置的摩擦力，对于状态的辨识使用实验的方法获式中：F为库仑摩擦力，F为静摩擦力，为黏性得，但补偿效果不尽理想。作者除了在传统的摩擦系数，i为滑台速度，OL根据文献[4]通常情Stribeck摩擦模型中加入新的位置变量，同时设计况下取值为1。可以辨识摩擦状态的控制器来识别状态，最终达到分析滑台系统传递函数框图可以得到如下微分方提高

8、滑台跟踪性能的目的。程：收稿日期：2011—12—01作者简介：王钰锞(1988一)，男，硕士研究生，研究方向为现代传动方法。E—mail：360030524@qq．tom。·7