[發明專利]一種氣動位置伺服系統自適應反演摩擦補償控制方法

有效

• 申請號: 201810099223.6
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108398879B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 魏瓊;李書廷;張永梁;王君
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨涵;姜學德

本發明公開了一種氣動位置伺服系統自適應摩擦補償控制方法，該方法綜合分析氣動位置伺服系統中摩擦力的非線性及不確定性并結合LuGre摩擦模型，之后在LuGre摩擦部分參數不確定的情況下，采用雙觀測器預估摩擦力狀態因子，對氣動位置伺服系統進行摩擦補償控制。本發明方法改善了起步階段的動態滯后現象，減少了低速工況下爬行及高速工況下的粘滑振蕩現象，提高了系統的響應速度及跟蹤精度。

技術領域

本發明屬于氣動伺服系統位置控制技術領域，涉及一種氣動位置伺服系統自適應摩擦補償控制方法。

背景技術

氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮空氣為工作介質，進行能量傳遞和信息傳遞的工程技術，它具有高速高效、低成本、易維護、清潔安全等諸多優點，是生產過程機械化和自動化最有效的手段之一。但由于氣體的可壓縮性，使得氣動元件的動作速度容易受到負載變化的影響，尤其當氣缸進行低速運動時，受摩擦力影響較大，摩擦力會引起伺服系統的動態滯后，降低系統的響應速度，導致系統誤差和低速爬行。

目前國內外針對摩擦的研究，一方面，大多數研究者基于具體的研究對象進行摩擦的測試及具體的摩擦模型的辨識和推導，但是摩擦力受影響因素眾多，比如溫度、氣壓、密封、負載等等，摩擦的動態參數辨識困難是不爭的事實，如果過于追求模型的完整性反而不利于摩擦補償，而僅基于非模型的補償方案，則又會帶來紋波效應；另一方面，大多數研究忽略了摩擦和系統控制性能的相互耦合性，摩擦和系統參數之間相互關聯，相互影響，即系統參數如系統阻尼、剛度及執行器兩腔壓差的變化會影響摩擦力的部分系數變化及大小的改變，而摩擦的參數如靜摩擦、動摩擦、動靜摩擦之差以及粘滯摩擦系數的改變又會不同程度得影響到系統的爬行、顫振現象。再者，好的摩擦補償效果需要通過高增益控制來實現，而對于弱阻尼、低剛度系統來說，無疑將加劇系統的顫振甚至發散。

發明內容

本發明就是針對現有技術的不足，提供了一種氣動位置伺服系統自適應摩擦補償控制方法。

為了實現上述目的，本發明所設計的氣動位置伺服系統自適應反演摩擦補償控制方法，其特征在于：

s1建立系統狀態變量及其導數的表達式

x₁＝θ

s2選用LuGre摩擦模型表征氣動系統的摩擦力，該摩擦力表達式為

其中，式中σ₀為摩擦剛性系數；σ₁為摩擦阻尼系數；σ₂為黏性摩擦因數；f_c為庫倫摩擦力矩；f_s為靜摩擦力矩；ω_s為Stribeck速度；z為接觸面鬃毛的平均變形；g(ω)為大于0且有界的函數，LuGre摩擦力模型中參數f_c，f_s，ω_s在文獻[魏瓊.氣動伺服加載系統關鍵技術研究[D]，北京航空航天大學，2014.]中通過大量實驗和辨識已經得到；σ₀，σ₁，σ₂是大于零而未知的參數，z是未知且不可測的；

s3設計包含σ₀，σ₁，σ₂和z的李雅普諾夫函數，并證明該函數的一階導小于零，則系統誤差收斂，同時滿足穩定性和精度要求。

進一步地，步驟s3中設計李雅普諾夫函數時，對于鬃毛變形狀態變量z，設置兩個觀測器。

更進一步地，所述兩個觀測器具體為：