齿轮传动伺服系统非线性摩擦补偿控制研究

发布时间：2017-05-23 07:13

  本文关键词：齿轮传动伺服系统非线性摩擦补偿控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本课题来源于国家自然科学基金面上项目— 工业机器人高可靠精密滤波驱动装置应用基础研究‖(项目批准号51375506)。随着工业机器人的快速发展,实际应用中对减速器的可靠性和传动精度提出了更高的要求。柔性滤波驱动机构是重庆大学王家序教授针对工业机器人使用性能和传统减速器的突出问题,发明的一种高可靠、轻量化的精密少齿差减速机构。精密机构结构比常见驱动机构复杂,摩擦和弹性变形等非线性因素对系统控制精度影响较大,大大影响着系统的传动性能。本文以齿轮传动伺服系统为研究对象,重点考虑摩擦这一非线性因素对系统的影响,通过建立动力学模型,提出控制方案并合理设计控制器,以补偿非线性摩擦对系统的影响,进而提高系统的传动控制性能。论文的主要研究内容如下:①对几种摩擦模型做了综合性的概述,也对常见的摩擦补偿方法进行了介绍。对比几种摩擦模型,得到了静态摩擦模型和动态摩擦模型各自的优缺点。针对不同的机械系统,根据使用条件及灵敏度等各方面要求,确定出了选择模型的相应标准。摩擦模型的选用标准为后面的研究提供了理论基础和支撑。②在考虑摩擦的情况下,建立了系统的简化动力学模型,通过系统的速度—转矩实验测得了系统的Stribeck曲线,对摩擦模型进行离线参数辨识得到了Lu Gre摩擦模型的动静态参数;然后基于Lu Gre摩擦模型提出了前馈补偿控制方案,根据力矩平衡原理设计摩擦前馈通道,并设计了控制器。利用Matlab仿真,得到系统在补偿前和补偿后的位置跟踪和速度跟踪。③针对齿轮传动系统中存在的非线性摩擦力,基于Lu Gre摩擦模型,提出了一种自适应摩擦补偿方法。通过引入双非线性滤波器并调节其增益,从而提高系统的位置跟踪性能,通过Matlab仿真证明补偿方案及控制器设计的正确性。④在不扣除内摩擦、负载为10N.m情况下,采用多功能摩擦试验台对齿轮副进行了转速转矩测试,得到了系统在转速1r/min~1900r/min范围内主轴1的转速-转矩值,在通过数据换算和拟合得到传动系统的转速-转矩曲线。
【关键词】：齿轮传动系统 非线性摩擦 LuGre摩擦模型 补偿控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242.2;TH132.41
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题的研究背景8-10
• 1.3 国内外研究现状10-12
• 1.3.1 国外研究现状10-11
• 1.3.2 国内研究现状11-12
• 1.4 课题主要研究内容12-14
• 1.5 本章小结14-15
• 2 摩擦模型及摩擦补偿理论基础15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 摩擦动态过程分析15-17
• 2.3 摩擦模型理论基础17-23
• 2.3.1 静态摩擦模型17-19
• 2.3.2 动态摩擦模型19-23
• 2.4 摩擦补偿方法23-25
• 2.4.1 基于摩擦模型的补偿方法23-24
• 2.4.2 不基于摩擦模型的补偿方法24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 实验26-33
• 3.1 引言26
• 3.2 多用途传动摩擦实验平台简介26-28
• 3.3 实验测试28-32
• 3.3.1 齿轮传动机构的转速-转矩测试28-31
• 3.3.2 齿轮传动系统转速-转矩实验数据处理31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 基于LuGre摩擦模型的摩擦前馈补偿研究33-47
• 4.1 引言33-34
• 4.2 基于LuGre摩擦模型的前馈补偿方案34-37
• 4.2.1 齿轮传动系统动力学建模35-37
• 4.3 LuGre摩擦模型的参数辨识37-42
• 4.3.1 模型静态参数辨识37-41
• 4.3.2 模型动态参数辨识41-42
• 4.4 基于LuGre摩擦模型的前馈补偿方案42-43
• 4.5 仿真结果43-46
• 4.6 本章小结46-47
• 5 基于LuGre摩擦模型的自适应摩擦补偿研究47-56
• 5.1 引言47
• 5.2 齿轮传动系统数学模型建立47-48
• 5.3 齿轮传动系统自适应控制器设计48-50
• 5.4 Matlab仿真分析50-55
• 5.5 本章小结55-56
• 6 总结与展望56-58
• 6.1 论文总结56
• 6.2 论文展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 附录64-65
• A作者在攻读硕士期间发表的论文64
• B作者在攻读硕士期间获得的荣誉64-65

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